黑格斯粒子,君在何处?

黑格斯粒子,君在何处?

如果真的有那么一位无所不知的上帝,他一定会宽容地看着那些粒子物理学家们在兴高采烈,而又不免手忙脚乱地在试用搞好“标准模型”这副拼板游戏中的最后一块。

粒子物理学家们颇为得意地相信,根据他们所谓的“标准模型”,迄今为止已经能够圆满地解释已知的各种亚原子粒子间的关系,以及这些粒子所发生的各种变化和相互作用。这最后一块拼板便是黑格斯粒子。它之所以有这么一个奇怪的教母式的名字,是因为黑格斯粒子能够产生其他基本粒子,同时使“标准模型”具有无懈可击的自洽性,而这一理论机理是英国爱丁堡大学的皮特·黑格斯教授提出的。事实上,黑格斯粒子是整个“标准模型”的理论支柱,“只要有了黑格斯粒子”,粒子物理学家不无自豪地说:“我们便拥有了一切”。

早在1961年,美国物理学家格拉肖、温伯格和巴基斯坦的萨拉姆首先提出了弱相互作用和电磁相互作用相统一的理论,并进一步预言了中介玻色子的存在。在他们的弱电统一理论中,弱相互作用和电磁相互作用合并成了一种相互作用,称为“电弱力”,而充当电弱力之间媒介角色的便是光子和中介玻色子。从此,实验物理学家便开始了紧张的搜寻,直到1983年1月,人们利用超级质子一反质子对撞机,在近十亿次碰撞中,大海捞针般地找到了九个带正、负电荷的中介玻色子,不带电荷的中介玻色子Z也被捕获了。W±、Z粒子的发现不仅给格拉肖、温伯格和萨拉姆三位物理学家带来了1984年的诺贝尔物理学奖,而且,物理学家们进一步非常乐观地推论说,W-、Z粒子的发现从某种意义上证实了黑格斯粒子是确实存在的。因为从理论上讲,黑格斯粒子肯定包含在W±、Z粒子之内,只要存在着W、Z粒子,就必定存在着黑格斯粒子。

黑格斯粒子究竟是怎样一种与众不同的怪物?为揭开自然界脸上的这层神秘的面纱,物理学家们近年来不惜重金,动用了各种各样的高能加速器来寻找黑格斯粒子,甚至试图通过天文观测来收集存在黑格斯粒子的证据。

很快,在1983年6月,有人在巴黎召开的一次国际会议上宣称发现了一个有点象黑格斯粒子的新粒子。这一消息惊动了不少翘首以待的科学家。然而,经过仔细分析和严格审核,其中存在着极大的可疑之处,可以认为这一发现基本上已被否定。

过了一年半,更为令人兴奋的消息从1984年底在斯坦福大学举行的粒子专题大会上传来,加利福尼亚州的斯坦福直线加速器中心的79位科学家的代表尼兹柏克宣布,发现了一种黑格斯粒子的孪生兄弟粒子,粒子与理论上预言的黑格斯粒子十分相似,几乎难以分别,发人深思。因此,理沦物理学家认定,-f粒子便是黑格斯粒子,它们原本就是同一种粒子。

目前,粒子本身对物理学家来说也还是一个谜。它可能就是粒子物理学这副统一而诱人的拼板中最关键的一块板。特别是,由于黑格斯粒子’的存在,必然产生黑格斯场,那么,在宇宙最初就应产生磁单极子,于是,一系列物理学界悬而未决的疑难问题将会得到不同程度的答案。如果f粒子并不是黑格斯粒子,则一方面,实验物理学家还要进一步去搜寻,另一方面,理论物理学家可能会去重新修改他们的标准模型,使粒子转变成黑格斯粒子,他们或许会采取别的办法来重新拼凑他们的拼板游戏。我们相信,黑格斯粒子终将会找到,如果他真的存在。