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尋找宇宙質量失落的拼圖 上帝粒子現蹤影

科學界研究宇宙起源取得重大突破,歐洲核研究組織( CERN)科學家昨日(周二)宣佈,在大型強子對撞器( Large Hadron Collider, LHC)的最新數據中,找到了有「上帝粒子」之稱的希格斯玻色子( Higgs boson)的蹤跡,收窄了可確定它位置的範圍。雖然證實希格斯玻色子存在短期不影響人類生活,卻填補了物理學界解釋大自然最深層結構理論失落的一塊拼圖。

意大利物理學家賈諾蒂( Fabiola Gianotti)在 CERN研討會上指出,有跡象顯示希格斯玻色子最大機會存在於 126電子伏特( GeV)較低能量範圍。她相信這很可能就是希格斯玻色子所在的位置,但現在下結論言之尚早。她說:「仍需要更多研究和更多資料。未來數月將會很刺激……我不知道結論會是甚麽。」

當代粒子物理學標準模型( Standard Model)指有 62種基本粒子存在,希格斯玻色子是唯一尚未被發現的粒子。物理學家相信,它是所有物質的質量之源,是促成宇宙形成的重要粒子,特點之一是極難發現和分辨,有人形容它是物理學家的「聖杯」。發現到它的存在,將是 21世紀科學界其中一個重大突破,更可與 60年前發現脫氧核糖核酸( DNA)雙螺旋結構相提並論。

CERN科學家為了尋找希格斯玻色子存在的證據,在 2008年啟動位於瑞士和法國邊界山脈地底的 LHC,模擬 137億年前宇宙大爆炸,希望從而尋找希格斯玻色子蹤影。 LHC從構思到建成歷時近 20年,價值 100億美元( 780億港元),吸引了 80個國家 5,000名科學家參與。

在撞擊器內那條 27公里長的圓形隧道,超導磁鐵會把質子和離子加速至接近光速,然後相撞,在極細微空間爆發 10萬倍太陽溫度的超級高溫。這一刻就像宇宙大爆炸之後,釋放大量能量和基本粒子,冷卻後形成組成物質的質子和中子。若物理學理論正確,每萬億次粒子撞擊,就會有數粒希格斯玻色子產生,它們很快就會衰壞,留下螺旋形條紋殘跡,足證它們存在。

CERN有兩個團隊分別以兩套不同的探測儀器,包括 ATLAS探測器和 CMS探測器,試圖證實希格斯玻色子存在。通過這兩種獨立運作模式,兩個團隊的探測結果既相互獨立,又可以相驗互證,兩者結果的相近程度,將是確定是否發現希格斯玻色子的重要衡量指標。

其中一個團隊的發言人指,他們單在今年就檢視了 350萬億次粒子碰撞的殘骸,其中約有 10次可能已讓希格斯玻色子現形,其質量約 1200至 1250億電子伏特,即質子的 120至 125倍。兩個團隊最新都是收窄了可找到希格斯玻色子的範圍。

即使成功「首次瞥見」希格斯玻色子,基於物理學界追求極度準確,兩個團隊都不會清楚指出證實了希格斯玻色子的存在,只說有跡象顯示它存在。 CERN前負責人埃利斯( John Ellis)說:「人類將首次瞥見希格斯玻色子。它是基本粒子理論中失落了一塊拼圖。我們尋尋覓覓 30年,終將找到它了。」

但有份參與這研究計劃的科學家甘迺迪( Bruce Kennedy)指出,即使真的發現了希格斯玻色子,也只是另一階段研究的開始。他說:「我們將要了解它的特質,以證實它是否能準確用於我們的理論解釋中。」

科學家在進行粒子對撞實驗中,假如「瞥見」或找到希格斯玻色子,都是物理學理論的里程碑,令粒子理論更完善。
本港中文大學物理系教授朱明中表示,這次研究對物理學粒子理論影響很大,主要在於研究基本粒子的「標準模型」理論,解釋基本粒子的質量。該理論指世界的物質是由基本粒子組成,多年來困擾科學家的是,像 ​​電子、夸克這些基本粒子所量到的質量從何以來。在標準模型內,「上帝粒子」的角色是賦予各種基本粒子質量,可稱為「質量之源」。「上帝粒子」是唯一在標準模型所預測的粒子中還沒被觀測到的,其質量極大,比質子重100至120倍,故需極高能量的加速器才可「找到」。
朱教授指出,發現「上帝粒子」將進一步引證這基礎的物理理論,可以解釋了現存物質的質量的來源,但要藉此解通宇宙起源,是超越了這理論,因為「上帝粒子」只有助科學家推測、估算宇宙最初的物理狀況,在學術上提供了一個更完整的圖像,可應用在天文、宇宙論等,像計算「宇宙最初的一秒鐘」狀況,可說是粒子理論研究的一個里程碑。

阿波羅網責任編輯:王和

來源:法新社

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