來源：中國科技網(wǎng)-科技日?qǐng)?bào)作者：張夢(mèng)然2014年07月17日 01:27
此發(fā)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測(cè)一致
大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)ATLAS探測(cè)器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
科技日?qǐng)?bào)訊 （記者張夢(mèng)然）世界最強(qiáng)大的粒子加速器——大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC），其超環(huán)面儀器（ATLAS）實(shí)驗(yàn)日前報(bào)告了可用來測(cè)試希格斯粒子機(jī)制的第一個(gè)證據(jù)，正是這一機(jī)制，讓希格斯粒子可以賦予其他基本粒子以質(zhì)量。這一機(jī)制的出現(xiàn)，比希格斯粒子的產(chǎn)生本身更為罕見。此發(fā)現(xiàn)到目前為止與標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測(cè)一致，相關(guān)研究論文已被《物理評(píng)論快報(bào)》接受。
希格斯粒子被認(rèn)為是其他粒子形成質(zhì)量的基礎(chǔ)。在標(biāo)準(zhǔn)模型中，所謂希格斯機(jī)制就是指一種很簡單的、生成質(zhì)量的機(jī)制，能夠使基礎(chǔ)粒子獲得質(zhì)量。這一機(jī)制可以解釋，為什么費(fèi)米子、W玻色子、Z玻色子具有質(zhì)量，而光子、膠子的質(zhì)量為零的問題。
具體來說，希格斯機(jī)制應(yīng)用自發(fā)對(duì)稱性破缺來賦予規(guī)范玻色子質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)希格斯機(jī)制最簡單的一種方式，是標(biāo)準(zhǔn)模型中必須有一個(gè)標(biāo)量粒子，即希格斯粒子出現(xiàn)。
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)7月16日（北京時(shí)間）消息稱，美國能源部布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室、勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室、密歇根大學(xué)和德國德累斯頓技術(shù)大學(xué)組成了特定的研究團(tuán)隊(duì)，從兩年前就已開始分析工作。物理學(xué)家馬克-安德魯·帕雷爾，在今年稍早時(shí)間召開的一次量子色動(dòng)力學(xué)與高能交互會(huì)議上提交了初步報(bào)告，他此次領(lǐng)導(dǎo)并合作分析了ATLAS的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。他描述這一結(jié)果的罕見性，是“100萬億個(gè)質(zhì)子與質(zhì)子的對(duì)撞中只有1個(gè)會(huì)產(chǎn)生這一事件”，而更復(fù)雜的是，僅僅找到這個(gè)事件并不足夠，還需要觀察其生產(chǎn)率是否高于預(yù)測(cè)。
因此，研究人員仔細(xì)檢查了數(shù)十億由大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的質(zhì)子對(duì)撞結(jié)果，不敢放過一個(gè)事件信號(hào)，而衰變產(chǎn)物可以讓他們像神探福爾摩斯般推斷事件中究竟發(fā)生了什么。現(xiàn)可以“敲定”的共基于34個(gè)觀察事件，互動(dòng)率測(cè)量也與標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)保持良好一致。
據(jù)帕雷爾描述，目前對(duì)撞機(jī)的數(shù)據(jù)在現(xiàn)行理論預(yù)測(cè)之中，信號(hào)建立的顯著性水平為3.6西格瑪，已是一個(gè)強(qiáng)有力的證據(jù)。這個(gè)結(jié)果是微弱背景波動(dòng)的概率非常低，約為六千分之一，但科學(xué)家們希望收集到更多的數(shù)據(jù)來減少不確定性，增加顯著性水平。
通過測(cè)量這一機(jī)制，也讓科學(xué)家們可以檢查希格斯粒子的“工作方式”是否正如他們所希望的那樣。除了希格斯機(jī)制外，亦有大量的模型試圖解釋基本粒子的質(zhì)量來源，現(xiàn)在既可以為標(biāo)準(zhǔn)模型做一個(gè)基本測(cè)試，也能為新物理打開一扇窗口。帕雷爾將其比喻成指紋學(xué)——就像現(xiàn)已有了一個(gè)預(yù)測(cè)的指模，如果測(cè)量的指紋與其匹配，那么我們可以得到希格斯粒子的工作機(jī)制；如果背離預(yù)測(cè)結(jié)果，那我們也可以得到其他物理機(jī)制的參與。
在2015年3月，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將恢復(fù)數(shù)據(jù)采集并提高能量——以13TeV取代目前的8TeV，收集的數(shù)據(jù)將是當(dāng)前可用數(shù)據(jù)150倍，進(jìn)一步幫助科學(xué)家對(duì)希格斯粒子的研究從“臺(tái)前”深入到“幕后”。
總編輯圈點(diǎn)
希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了標(biāo)準(zhǔn)模型的正確性，是粒子物理學(xué)領(lǐng)域的重要里程碑，本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)又將標(biāo)準(zhǔn)模型向前推進(jìn)了一大步。正如希格斯機(jī)制的提出者之一恩格勒所說：“希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)不是粒子物理的終結(jié)，而是新物理的開端?！?雖然這個(gè)實(shí)驗(yàn)還無法告訴我們背后的新物理是什么，但由大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)衍生出的希格斯玻色子的測(cè)量理論和技術(shù)，可能會(huì)很快走出實(shí)驗(yàn)室，讓科學(xué)家去嘗試更加雄心勃勃的量子傳送等技術(shù)，來開啟量子時(shí)代。
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