2012年預測:物理學標準模型的生死存亡 2012年預測:物理學標準模型的生死存亡

2012年預測:物理學標準模型的生死存亡

2012年預測:物理學標準模型的生死存亡

在宇宙之初,熾熱的宇宙爆炸中充滿了基本粒子,但這些粒子沒有質量。宇宙中也存在著力場,其中一個力場-希格斯力場-冷卻並凝聚成一種量子液體。這種液體牽引著其他粒子,賦予它們質量。液體泛起漣漪,漣漪形成了一種新的粒子,即希格斯粒子。

這聽起來像是一個精心編造的故事。但它卻是物理學標準模型的基礎。到目前為止,物理學家已經找到了標準模型預測的所有粒子,唯獨缺少一種:希格斯玻色子本身。位於瑞士的大型強子對撞機(LHC)的研究人員已經尋找希格斯玻色子一年多了,到明年冬天,他們要么會找到它,要么會知道他們找不到它。 「哪種結果更有意思,這並不顯而易見,」在LHC工作的約翰·霍普金斯大學物理學家安德烈·格里特桑說。

大型強子對撞機(LHC)的物理學家們透過讓其他粒子劇烈碰撞來尋找希格斯粒子,碰撞產生的能量足以產生類似希格斯粒子的物質,並在探測器中留下訊號。先前的實驗表明,希格斯粒子並不存在於0到114吉電子伏特(GeV)的能量範圍內,而物理學家現在已經確定145吉電子伏特是能量上限,因此他們尋找希格斯粒子的空間已經非常有限了。

隨著碰撞的粒子越來越多,探測到的訊號也越來越有希望,物理學家們會越來越確信他們已經偵測到了希格斯玻色子。到今年夏天,他們的信心將達到95%,但這對物理學家來說還不夠。到今年年底,他們將徹底確定答案。

如果他們真的發現了希格斯玻色子,那將會是個極為奇特的發現。標準模型將所有粒子分為兩類:一類是構成物質的粒子,另一類是傳遞四種基本力(電磁力、引力以及「強」和「弱」核力)的粒子。希格斯玻色子不屬於這兩類,因此,試圖讓物理學家進一步定義它毫無意義。 “在這裡,語言無關緊要,”約翰霍普金斯大學的物理學家喬納森·巴格說,“只有數學才重要。”

如果他們找不到呢?也許它就在那裡,只是特徵不同。又或許標準型有致命缺陷。如果是這樣,就沒人能給出哪怕一個合理的解釋來說明品質差異了。 “這很令人興奮,”巴格說,“也很令人擔憂。”

2012年:科學年回顧

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