上帝粒子是如何與宇宙萬(wàn)物相互作用？是不是只有上帝粒子負(fù)責(zé)物質(zhì)質(zhì)量的產(chǎn)生？這些問(wèn)題有望在歐洲核子研究中心將于近期重啟的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上得到解答。陳明水希望這些研究中有中國(guó)科學(xué)家的付出。
2012年7月4日，歐洲核子研究中心宣布發(fā)現(xiàn)了一個(gè)疑似粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型理論中預(yù)言的希格斯粒子，即上帝粒子。比利時(shí)物理學(xué)家弗朗索瓦·恩格勒特和英國(guó)物理學(xué)家彼得·希格斯因而獲得2013年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 這一產(chǎn)生諾貝爾物理獎(jiǎng)的重大發(fā)現(xiàn)是由世界上兩個(gè)最大的粒子物理實(shí)驗(yàn)分別做出的。其中之一是緊湊式繆子螺旋譜儀。該實(shí)驗(yàn)國(guó)際合作組內(nèi)部確定以五倍標(biāo)準(zhǔn)偏差顯示度發(fā)現(xiàn)希格斯粒子的決定性的審核報(bào)告就是由陳明水做的。
“當(dāng)時(shí)只是說(shuō)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)質(zhì)量約為125 GeV的新粒子，并不能確定它就是負(fù)責(zé)質(zhì)量產(chǎn)生機(jī)制的上帝粒子。”陳明水說(shuō)。
此后，陳明水作為緊湊式繆子螺旋譜儀國(guó)際合作組希格斯聯(lián)合分析組的召集人領(lǐng)導(dǎo)了一支國(guó)際研究小組對(duì)緊湊式繆子螺旋譜儀2011年和2012年所有的希格斯物理分析數(shù)據(jù)進(jìn)行了進(jìn)一步的挖掘和更深層次的整合分析。
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)一年的努力，最終的研究成果顯示該希格斯粒子的各項(xiàng)性質(zhì)與粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型理論所預(yù)測(cè)的在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)測(cè)量精度內(nèi)較為符合，這一最新結(jié)果近期發(fā)表在著名國(guó)際期刊《歐洲物理雜志C》上。
希格斯粒子是人類歷史上發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)基本標(biāo)量玻色子,人們對(duì)它的了解還非常有限，而精確測(cè)量它的各項(xiàng)性質(zhì)需要更多的數(shù)據(jù)。
“即將重啟的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，它的對(duì)撞能量將很快打破其自身保持的記錄,達(dá)到一個(gè)新的高度13TeV，而且它的瞬時(shí)亮度也將進(jìn)一步提高，這都將有利于更多更快地產(chǎn)生希格斯粒子，以便科學(xué)家進(jìn)行更精細(xì)的測(cè)量?！?陳明水說(shuō)，不僅如此，在新的對(duì)撞能量下, 一些潛在的新物理現(xiàn)象，比如暗物質(zhì)、超對(duì)稱物理新粒子等等也有望揭開面紗。
陳明水介紹，盡管大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是目前唯一能夠產(chǎn)生希格斯粒子的機(jī)器，但是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是以質(zhì)子為基礎(chǔ)來(lái)對(duì)撞的，而質(zhì)子并不是基本粒子，它是由夸克組成的，因此質(zhì)子對(duì)撞會(huì)產(chǎn)生很多背景事例，不利于精確分析科學(xué)家所感興趣的物理現(xiàn)象，特別是希格斯粒子的性質(zhì)研究。
由基本粒子正負(fù)電子進(jìn)行相互對(duì)撞的下一代對(duì)撞機(jī)則是研究希格斯粒子的一個(gè)利器。目前世界各國(guó)有兩類方案，其中之一是以國(guó)際直線對(duì)撞機(jī)為代表的下一代直線對(duì)撞機(jī)，另一方案則是以中國(guó)科學(xué)家提出的環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)為代表。
陳明水說(shuō)，環(huán)形對(duì)撞機(jī)有著明顯的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)撞亮度可以更高，意味著更多的數(shù)據(jù)量；環(huán)形隧道可重復(fù)利用，建造更高能量的強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，對(duì)撞能量可達(dá)目前大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的4—7倍，可用于研究更高能標(biāo)的新物理；125GeV的希格斯粒子質(zhì)量使得環(huán)形對(duì)撞機(jī)的造價(jià)處于合理的范圍。
日前，環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)已列入中科院“率先行動(dòng)”計(jì)劃，“環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)若能建成，將使中國(guó)在基礎(chǔ)物理學(xué)領(lǐng)域進(jìn)入國(guó)際領(lǐng)先地位?！?陳明水對(duì)此很期待。
?。ㄔd于《科技日?qǐng)?bào)》 2015-02-14 03版）
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