理论物理研究所

我系刘宗华教授接受《解放日报》采访解读今年诺贝尔物理学奖

发布日期: 2013-10-14   作者:  浏览次数: 30

比利时、英国科学家分享2013诺贝尔物理学奖,中国酝酿“希格斯工厂”



[解放日报]半个世纪前“上帝粒子”预言兑奖[图]



  昨天,在瑞典皇家科学院举行的新闻发布会上,大屏幕展示2013年诺贝尔物理学奖得主的头像,他们分别是比利时物理学家弗朗索瓦·恩格勒特(左)和英国物理学家彼得·希格斯。


  一生二、二生三、三生万物,到底“一”这个最基本的粒子从何而来?8日晚,2013年诺贝尔物理学奖“迟到”一个小时才颁布,比利时人弗朗索  瓦·恩格勒特和英国人彼得·希格斯分享诺奖。这两位年过八旬的理论物理学家,在大约半个世纪前提出关于“上帝粒子”的理论预言,去年这一预言被实验证实,  今年又“兑奖”成功。然而,这个看似圆满的结局还是带着一连串的问号。


 为何三度延迟颁布?

  按计划,今年物理学奖应在北京时间傍晚5时45分揭晓,但瑞典官方3次延迟发布会时间,解释称“正在会商”,被外界疑为存在争议。上海交大物理  与天文系主任季向东教授表示,这一科学预言绝对是“诺奖级”的,“但问题在于奖项是发给理论成果,还是发给实验成果”。华东师大理论物理研究所刘宗华教授认为,到底应该由几人来分享这项诺奖也是一个大问题。

  在原子、质子、电子、中子之外,再细分下去,有没有更纯粹的粒子,犹如化学世界中的基本元素。刘宗华介绍,早在1964年,世界上至少有3个研  究组在做同一件事情——探索物质世界的微观粒子,都预言了后来被称为  “上帝粒子”的“希格斯粒子”存在。布绕特和恩格勒特两人的理论文章发表于当年6月,希格斯独立研究得出的论文发表于7月,另外还有一个多人研究组在10  月总结了前两人的理论成果,并加入了自己的理论,提出了基于这种粒子的“标准模型”,被引为粒子物理领域的经典模型。

  在此之后,“预言”中夸克、轻子等62种基本粒子,有61种都被陆续找到,只有最后一种“希格斯粒子”经多次验证,却始终未有确凿证据。直至2012年7月,欧洲核子研究中心的高能粒子对撞机捕捉到了“希格斯粒子”稍纵即逝的身影,两个多国实验组参与者上千。

  在季向东和刘宗华看来,显然诺贝尔奖坚持了原则性。首先,不授予已故人士,比如和恩格勒特同组的布绕特已离世,便无缘诺奖。其次,获奖者不超过  3人,这样多人研究组和千人实验组也错失了诺奖。至于为何“希格斯粒子”仅以希格斯命名,这只是另一位物理学家读了希格斯论文后给出的定义,谁知约定俗  成,被后人叫开了。


有没有更完美理论?

  获奖人恩格勒特和希格斯均试图解释在物质世界诞生之初,在从“无”到“有”的过程中,究竟由什么基本粒子构成,并相互作用。

  也许,探索物质本源的理论物理学最近乎哲学。季向东说,其实“希格斯机制”是最简单甚至是最丑的粒子物理理论。根据“希格斯机制”,如果造物主  真的存在,他用的粒子法则并没有人们想象的那么高深精妙,似乎很容易地被希格斯等人猜出了心思。因为最美的物理往往只有一条真理之路,除此之外别无他途。  而“希格斯机制”存在很大的不确定性,显得随机而任意。事实上,希格斯粒子是人类发现的唯一不转动的基本粒子,自旋为零。“正因如此,她像一朵‘交际  花’,跟任何粒子都可以相互作用。”

  据了解,除了“希格斯机制”形成的“标准模型”之外,还有不少粒子世界的模型相继提出,它们相比之下更为复杂,也难以被证明,因此“标准模型”  相对容易“举证”,成了经典理论。刘宗华表示,其实欧核中心在宣布发现“希格斯粒子”时,也只是用了“疑似”一词,承认仍存在亿分之一的误差。如此之小的  误差,才被物理界认为是可以接受的事实。

  对于季向东、刘宗华等当代物理学家而言,恩格勒特和希格斯是“爷爷辈的人”,虽不再活跃于国际舞台上,而他们的大名都写进了教科书。“其实物理  学家心底里不希望找到  ‘希格斯粒子’,因为答案可能不止一个,或者说还有更完美的理论。”季向东笑言,或许这是上帝骗骗人类,依然保守着他的秘密,以及背后的真相。


是一个粒子还是n个?

  即便“上帝粒子”真是这样存在,并发挥作用,它真的只是一个粒子吗?据介绍,理论物理界从没有对“上帝粒子”死心,最大的悬念就是:“上帝粒  子”可能是两种粒子的组合体或混合物。比如,两个正转动、反转动的粒子合二为一,结果形成了一个不转动的粒子。更有意思的是,也许不止两个粒子,而是多  个、n个粒子共同构成了“上帝粒子”。总之,人类还在继续找寻、深入探析这个悬念。

  “上帝粒子”通过高能高速的粒子对撞实验才能测得,耗费人力财力极大。欧洲大型对撞机这样的实验装置,目前是世界上最大、能量最高的粒子加速  器,位于全长27公里、深入地下百米的圆形隧道内。从构想到建成,历时近20年,耗资约60亿美元,包括中国在内的80多个国家和地区的上万名科学家和工  程师参与。而且,目前已知,“上帝粒子”的寿命极短,一旦产生即衰变不见,只能存在“10的—22次方”秒,也就是小数点之后20多个零的秒数之内。为了  “目击”它的瞬间,就用了3年多时间。

  这种求真的探索和发现似乎不会停止。季向东透露,中国物理学界正在酝酿建设  “希格斯工厂”,“生产”更多粒子,但这项巨大工程可能需要百亿投入。与此同时,日本科学家也宣称建设国际线性加速器,像工厂一样制造更多“希格斯粒  子”,增加日本在基础科学领域的国际显示度。



来源:《解放日报》 2013.10.09 第06版

原文:半个世纪前“上帝粒子”预言兑奖

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