希格斯玻色子轻于预期

《自然》：希格斯玻色子轻于预期
阅读(5) 评论(0) 发表时间：2007年05月05日 19:12
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致力于寻找希格斯玻色子的物理学家再次看到了希望。据《自然》杂志在线报道，美国伊利诺伊州巴他维亚费米实验室一项针对另一种亚原子微粒——W玻色子的质量测量，降低了人们对希格斯玻色子质量的预测值。
这一结果也让利用费米实验室正负质子对撞机——Tevatron进行研究的美国科学家们相信，他们仍有机会找到希格斯玻色子，甚至可能先于瑞士欧洲核子研究中心（CERN）在建的大型强子对撞机（LHC）之前发现该粒子。LHC预期将在几年之内发现希格斯玻色子——如果该粒子确实存在的话。不过，实验器械上的比拼仍在进行，而其中的利害关系也是不言而喻的。
费米实验室对撞探测器（CDF）是质子—反质子冲突实验的数据收集和分析工具之一，有700人在该实验室工作。Tevatron能否得到该荣誉可能很大程度上取决于神秘的希格斯玻色子的质量，科学家可以通过其他亚原子粒子的质量测定来对希格斯玻色子的质量进行估计。
1月8日，当CDF研究小组宣布它限定了W玻色子的质量时，希格斯玻色子的质量评估就变得更为紧迫。新的测量与之前的估计相符，但是更趋向于该范围的上限。算上附加精度，希格斯玻色子的质量上限从166GeV（十亿电子伏）降到153 GeV。此前的实验表明，希格斯玻色子的质量绝不轻于114 GeV。
该研究很适合Tevatron，因为它只能找到质量小于170 GeV的粒子。粒子质量越接近170 GeV这一上限，它就越难发现。因此，比170 GeV重的一切粒子只能有待于LHC更猛烈地打碎质子，从而进行探测。
过去几年里，希格斯玻色子的估计质量变化很小。2004年，“顶夸克”质量的修正使得希格斯玻色子的预测质量上限增加，约为250 GeV。从那时起，一系列对顶夸克和W玻色子质量的测量把希格斯玻色子的质量上限逐渐拉了下来。而最近的一次W玻色子测量将其质量带到了最低点。
2004年对Tevatron来说没有太大的“用武之地”。这不单单因为希格斯玻色子可能太重而无法观测，同时该对撞机也在努力达到它的设计规格指标。而现在事情有了改变。希格斯玻色子被认为更轻了，同时设备的性能也得到了改进。
CDF研究小组的 Mark Lancaster对费米实验室正负质子对撞机找到希格斯玻色子寄予厚望。但他同时承认，“我可能会有偏向，因为我在这里工作。”尽管如此，他对谁将先发现该粒子仍未作出正面回答。如果希格斯粒子确实出现，Lancaster认为两项计划将分享荣誉，因为Tevatron新近发现的一些线索得到了LHC此前结论的证实。“我认为如果希格斯玻色子质量在120 GeV左右，那么Tevatron和LHC将可能同时发现它。”
Tevatron和LHC都还有时间。尽管LHC计划今年晚些时候开工，但它将花费几个月甚至几年来积累足够的数据，以保证探测活动的正常进行。与此同时，Tevatron将持续运行到2009年，尽管最近的预算削减可能会迫使其暂时关闭一段时间。Lancaster说，“我们需要增加5倍的数据规模，并改进分析技术，不过我们还有3年的时间来完成这些工作。”
但是不要忘了，自然界本身可能“胜过”这两个团队。如果物理学“标准模型”不能涵盖一切的话，可能希格斯玻色子的存在神话也将终止。

背景链接：“标准模型”和希格斯玻色子

粒子物理学从20世纪60年代开始逐步构建完成了现代的标准模型理论。标准模型是一套描述强作用力、弱作用力及电磁力这三种基本力及组成所有物质的基本粒子的理论。它属于量子场论的范畴，但是没有描述重力。今天，标准模型早已成为粒子物理学的主流理论，它的很多预言不断为一个又一个实验成果所证实。
希格斯玻色子（Higgs boson）是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子，至今尚未在实验中被观察到。它也是标准模型中最后一种未被发现的粒子。英国物理学家希格斯（P.W.Higgs）提出了希格斯机制。在此机制中，希格斯场引起自发对称性破缺，并将质量赋予规范传播子和费米子。希格斯粒子是希格斯场的场量子化激发，它通过自相互作用而获得质量。
自1899年汤姆逊爵士发现电子开始，一个多世纪的时间里，人类一直孜孜不倦地探索着微观世界的奥秘。当1995年3月2日，美国费米实验室向全世界宣布他们发现了“顶夸克”时，标准模型所预言的61个基本粒子中的60个都已经得到了实验数据的支持与验证，但是仍然有一个粒子游离在这座辉煌的大厦之外，这就是希格斯粒子，而且就是这个粒子可能会击垮整座模型的大厦。

很久以前看过的一篇文章，今后我的部落会从事翻译博文的工作，希望大家支持