诺贝尔物理学奖:找到质量的起源

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  “上帝粒子”项目10月8日被宣布获得今年的诺贝尔物理学奖并不令人意外,连不少不是物理学专业的人士也都预测到了这一点, 比利时81岁的科学家弗朗索瓦·恩格勒特和英国84岁的科学家彼得·希格斯最后成了大赢家。
  为何是“上帝粒子”
  瑞典皇家科学院常任秘书诺尔马克表示,两位科学家描述了粒子物理学的标准模型,其预测的基本粒子—希格斯玻色子,不久前被欧洲核子研究中心运行的大型强子对撞机通过实验发现。获奖科学家提出的理论解释了粒子如何获得质量,有助于人类了解亚原子粒子质量的起源。
  “上帝粒子”又称希格斯玻色子,其是一个粒子物理学概念。粒子物理学理论认为,物质由基本粒子构成。根据物理学界的定义,基本粒子是在不改变物质属性的前提下的最小体积物质,它是组成各种各样物体的基础。其中,截至目前,粒子物理学的“标准模型”共预言了62种基本粒子的存在,希格斯玻色子是最后一种未被证明存在的基本粒子。
  粒子物理、理论物理学家中国科学院院士何祚庥说,“上帝粒子”的研究对粒子物理学十分重要,如果它的存在得到证实,将构建完成粒子物理学“标准模型”的最后一段链条,如果这种存在被证伪,其“标准模型”理论就会受到巨大的挑战。
  为了找到“上帝粒子”,多年来世界多个科研机构一直在进行相关研究,并在2011年终于获得重大突破。2011年12月,欧洲核子研究中心宣布,从位于法瑞边界地下约100米、约27公里长的大型强子对撞机(LHC)的数据中发现了希格斯玻色子存在的迹象。只是后来考虑其他实验误差后,欧洲核子研究中心就又宣布实验结果无效。
  2012年7月2日,著名的美国费米国家加速器实验室宣称接近证实“上帝粒子”的存在。两天后的7月4日,欧洲核子研究中心宣布,其下属的两个强子对撞实验项目——ATLAS和CMS项目发现了同一种新粒子,它的许多特征与希格斯玻色子一致。这家机构今年3月14日说,更多数据分析表明“它就是希格斯玻色子”。目前该项研究的科学家们已经可以99.99997%确定,他们发现了希格斯玻色子。在非数学科学中,都不太能做到100%的确定,从这一意义上,欧洲核子研究中心的发现,在物理学上已经足够了。
  “在‘上帝粒子’获得欧洲核子研究中心的证实以后,其将会获得今年的诺贝尔物理学奖就成了一种比较普遍的看法。”何祚庥说。
  恩格勒特和希格斯何以赢得大奖?


  “但是该奖项究竟颁给谁呢?的确是一个不小的难题。”何祚庥告诉记者,1964年,在“上帝粒子”理论研究中取得突破的共有6位科学家,其中恩格勒特与同事罗伯特·布绕特提出了标准粒子模型理论,希格斯也于同年提出一种粒子场的存在,预言一种能吸引其他粒子进而产生质量的玻色子的存在,即希格斯玻色子。同年稍晚些时候,杰拉德·古拉尼、卡尔·哈庚和汤姆·基博尔将这些概念整合成了一种更为现实的理论,这就是标准模型的前身。
  可惜的是,布绕特于2011年5月3日病逝于布鲁塞尔,健在的科学家就只剩下了5位,根据诺贝尔奖不颁发给死者的规则,这5位科学家都有问鼎今年诺贝尔物理学奖的机会。
  但是根据规定,诺贝尔奖的分享者最多不能超过3人。按照今年诺贝尔奖物理学奖最后的颁布情况来看,何祚庥认为为了减少争议和麻烦,该奖项最后才决定颁发给1964年率先对该项研究理论建树的研究者。
  从事粒子物理研究的北京大学教授马伯强在接受记者采访时表示,就今年的物理学奖而言,恩格勒特、希格斯在上个世纪60年代的成果的确促进了后来物理学的发展,颁给他们也是合适的。但是,“上帝粒子”的理论获奖有点快,因为欧洲核子研究中心的成果仅是说,越来越多的实验迹象支持新发现的粒子可能是希格斯玻色子,现在给该中心研究人员颁奖似乎还早了些。“在未来,欧洲核子研究中心验证‘上帝粒子’的有关科学家依旧有机会获得诺贝尔物理学奖。”马伯强表示。
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