物理實驗是檢驗“上帝粒子”的唯一標(biāo)準(zhǔn)
物理學(xué)家增強了對已發(fā)現(xiàn)的希格斯粒子進行驗證的信心,迄今為止,希格斯粒子的特性和理論預(yù)測保持了很好的一致性。物理學(xué)家提高了對希格斯粒子或希格斯玻色子可重復(fù)性檢測的信心,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的新奇粒子是物理學(xué)家長期尋找的神秘物質(zhì),希格斯粒子的特性是解釋宇宙物體為什么含有質(zhì)量的關(guān)鍵因素。實驗物理學(xué)家蒂姆·巴克洛在斯坦福大學(xué)的國家加速器實驗室(SLAC)之超導(dǎo)環(huán)場探測器實驗室(ATLAS)從事實驗研究,他解釋說,實驗人員已經(jīng)充分收集了希格斯粒子的各向數(shù)據(jù),幾乎沒有統(tǒng)計學(xué)概念的僥幸成分,已將僥幸的成分降低到一個極小的數(shù)值。
歐洲核子研究中心(CERN)的研究人員在意大利的莫芮昂迪召開了一次年度會議,他們在學(xué)術(shù)會議上得出了一個結(jié)論,迄今為止,有些希格斯粒子的關(guān)鍵數(shù)據(jù)適合粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測的特性。按照標(biāo)準(zhǔn)模型的推測,預(yù)期的希格斯粒子沒有旋轉(zhuǎn)或自旋的特性,對粒子奇偶性或粒子鏡像行為的測量取正值。歐洲核子研究中心(CERN)之ATLAS項目的發(fā)言人戴夫·查爾頓在一項聲明中表示,收集的數(shù)據(jù)證明了該粒子的奇偶性符合標(biāo)準(zhǔn)模型的描述。
歐洲核子研究中心(CERN)運營管理大型強子對撞機(LHC),研究中心設(shè)有ATLAS和緊湊型μ介子螺旋管探測器(CMS)兩個實驗室,新的實驗數(shù)據(jù)來自ATLAS和CMS兩大實驗室,用數(shù)據(jù)記載了2011年500萬億次的質(zhì)子與質(zhì)子碰撞的事件,2012年記錄了1500萬億次質(zhì)子與質(zhì)子碰撞的事件,2012年記載的數(shù)據(jù)比2011年提高了2.5倍以上。在2012年7月4日,兩大實驗室的科學(xué)團隊發(fā)布了希格斯粒子被發(fā)現(xiàn)的消息。

實驗數(shù)據(jù)本身有充分的說服力,但科學(xué)團隊對科學(xué)結(jié)論采取了小心和謹(jǐn)慎的態(tài)度,沒有立即確認(rèn)新的粒子就是科學(xué)家長期以來尋找的希格斯玻色子??茖W(xué)團隊的發(fā)言人喬·尹坎德拉解釋說,他們在2012年獲得了充分的實驗數(shù)據(jù),非常清楚地表明了科學(xué)家在與希格斯粒子“打交道”,但確定希格斯粒子的類型并非易事,需要花費很長的一段時間。希格斯粒子如同宏偉的海量數(shù)據(jù)所顯示的樣式,它可能是單一性的粒子,與粒子標(biāo)準(zhǔn)模型所定義的所有特性相一致,它也可能是不同尋常的復(fù)合性粒子,而復(fù)合粒子由多重粒子構(gòu)成。
紐約布魯克海文國家實驗室的物理學(xué)家霍華德·戈登擔(dān)任ATLAS合作董事會的副主席一職,他認(rèn)為海量的實驗數(shù)據(jù)令人振奮,堅定了科學(xué)家確認(rèn)希格斯玻色子存在的信心,今后將有更多對新粒子的特性進行精確測量的實驗。歐洲核子研究中心(CERN)的物理學(xué)家確定了科學(xué)發(fā)現(xiàn)的西格瑪3水平,如同粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測,希格斯粒子的自旋為零,奇偶性為正數(shù)。西格瑪指標(biāo)通常用來衡量科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的信心度,西格瑪指標(biāo)高,意味著科學(xué)家對發(fā)現(xiàn)的成果信心度高;西格瑪指標(biāo)低,意味著科學(xué)家對發(fā)現(xiàn)的成果信心度低。
一旦希格斯粒子發(fā)現(xiàn)的信心指數(shù)達(dá)到了西格瑪5的水平,這將意味著僥幸結(jié)果只有百萬分之一的可能性,或檢測到的希格斯粒子信號屬于數(shù)字統(tǒng)計學(xué)概念的僥幸事件。物理學(xué)家戈登解釋說,自旋和奇偶性不是判斷希格斯粒子特征的絕對性指標(biāo),有必要研究粒子衰變的細(xì)節(jié)方面,根據(jù)粒子標(biāo)準(zhǔn)模型的推測,希格斯粒子將會衰變?yōu)槌R?guī)的諸如夸克和輕子的亞原子粒子,目前的數(shù)據(jù)分析說明,希格斯粒子的行為遵循了粒子標(biāo)準(zhǔn)模型的腳本。目前找到了希格斯粒子的兩種衰變模式,相關(guān)理論有了很大改進的空間,兩種衰變模式理論有明顯的不足,確定正確的衰變模式是科學(xué)家未來的努力方向。

斯坦福大學(xué)國家直線加速器實驗室(SLAC)的物理學(xué)家蒂姆·巴洛克解釋說,排除希格斯粒子的可能性為時過早,科學(xué)家在發(fā)現(xiàn)和證實希格斯粒子的過程中經(jīng)歷了長期而艱巨的探索,現(xiàn)在還不是對新的發(fā)現(xiàn)感到無聊和厭倦的時候,在做出希格斯粒子重大發(fā)現(xiàn)的最后決定之前,科學(xué)家還有較長的一段路要走。紐約布魯克海文國家實驗室的物理學(xué)家霍華德·戈登注意到了有些物理學(xué)家同事另辟蹊徑,希望找到希格斯粒子的獨特性,糾正過去認(rèn)知的不足和偏差。目前的標(biāo)準(zhǔn)模型理論仍有些關(guān)乎粒子特性的深奧謎題,比如:新粒子的質(zhì)量大約為125Gev或125十億電子伏特,質(zhì)量比理論的預(yù)測值稍輕,希格斯粒子的質(zhì)量剛好是125Gev、而不是別的值,目前的物理學(xué)家很難解答這個奇妙的問題。
歐洲大型強子對撞機(LHC)目前處于檢修計劃的“休眠期”,實驗室的工程師制定了兩年的計劃,準(zhǔn)備對人們寄予厚望的超大機器進行系統(tǒng)的維修和升級,在2015年完成了更新改造計劃,重新運轉(zhuǎn)的超級機器產(chǎn)生了更高的能級,在更高的能量水平上實現(xiàn)了質(zhì)子的碰撞,物理學(xué)家將拿出更有說服力的數(shù)據(jù),驗證和回答希格斯粒子的各種問題。物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)希格斯粒子的研究計劃分為兩個階段,一個在2015年之前,一個在2015年之后,科學(xué)團隊在2015年之前沒有停止希格斯粒子的實驗研究,搜集了大量實驗數(shù)據(jù),改進了數(shù)據(jù)分析方式??茖W(xué)團隊在2015年之后使用了技術(shù)升級的大型對撞機,經(jīng)過更新的實驗平臺為希格斯物理學(xué)研究提供了新的條件和可能。

(編譯:2021-3-21)
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