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中日谁将最先量产“上帝粒子”?

2019/04/26

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      使万物产生质量的“希格斯玻色子”(Higgs boson,俗称“上帝粒子”)曾是获得2013年诺贝尔物理学奖科学家研究的对象。可以大量制造出这种基本粒子、用以揭开宇宙和物理学之谜的研究设施“希格斯粒子工厂”(Higgs Factory)正在受到关注。虽然讨论在日本建设的“国际直线对撞机(ILC)”在计划上领先一步,但如今因资金问题而面临难局。一方面,中国等推进的新建设计划正显示出后来居上之势。

     

大量制造希格斯玻色子、追寻宇宙之谜(国际直线对撞机的完成效果图,Rey.Hori/KEK)

        

      “我们在最优先建设希格斯粒子工厂一事上达成一致”,由世界主要加速器研究机构的代表参加的国际未来加速器委员会(ICFA)主席杰弗里·泰勒(Geoffrey Taylor)于3月7日在东京召开记者会时如此表示。

  

    希格斯玻色子的存在于1964年在理论上被预言,2012年通过位于欧洲原子能研究机构(CERN)的巨大环形加速器“大型强子对撞机(LHC)”的实验得到确认。不过在LHC的实验中,无法大量制造,仍不十分清楚详细性质。在此背景下,相关人士讨论建设被称为希格斯粒子工厂的加速器设施,以此大量制造希格斯玻色子并详细展开调查。

 

    而作为希格斯粒子工厂的代表性计划之一就是讨论通过国际合作在日本建设国际直线对撞机(ILC)。该计划将以长约20公里的直线状加速器,从两端分别发射电子、以及带有与电子相反的正电荷的正电子。使两者以接近光速的速度碰撞。也就是通过属于基本粒子的电子和正电子相撞,使之发生反应,大量产生希格斯玻色子。

 

    首次观测到希格斯玻色子的LHC使2个质子加速并正面碰撞。不过,质子由多个基本粒子组合而成,即使发生碰撞,发生形成希格斯玻色子的反应的次数也很少。由于不同种类的反应同时发生,难以仅对希格斯玻色子发生的反应进行详细观测。

 

    东京大学特别教授村山齐将质子比喻为大福饼(包有红豆馅等的日式糯米团子),而将电子比喻为红豆,形容称“如果使大福饼相撞,周围的馅也将一起飞散,无法详细了解其中红豆相撞的情形。而电子则是让红豆本身相互碰撞,能更清楚地看到发生了什么”。

 

    全世界的物理学家之所以重视希格斯粒子工厂,是因为一般认为希格斯玻色子掌握着弄清宇宙如何形成和将来如何变化的钥匙。

 

    根据现在的物理学的标准理论,希格斯玻色子只有1种,但人类也得知,如果希格斯玻色子的性质与理论预测一致,宇宙将变得不稳定。这样一来,颠覆此前的常识、若干宇宙并行存在的“多重宇宙理论”正确这一可能性将提高。

 

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