破解上帝粒子：科学家想搞通些什么

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● 吴大地

　　《早报·言论》9月15日曾刊登潘国驹教授的文章《上帝粒子与宇宙黑洞的奥秘》，提及欧洲日内瓦原子核中心的大型强子对撞机（Large Hadron Collider）的启动。

　　9月10日，这是个令物理学家振奋的日子。耗资54亿美元的这项建设，将有助于破解物理家们困惑已久的种种谜团，如“上帝粒子”与“宇宙黑洞”。

　　最新的科技进展，与经典的物理学有什么不同，会带来怎样的突破呢？　　

　　在19世纪牛顿的世界里，原子是最基本的物质。原子（atom）这一名词来自希腊，意思是“不可分割”。到了20世纪，物理学家才知道原子是由质子（proton）、中子（neutron）与电子（electron）组成。

　　后来又知道，质子与中子（这两者都是强子，强子对撞机由此得名）是由更基本的夸克（quarks）和胶子（gluon）构成。

　　到此，科学己进入了物理的“模糊”境界，至于还有没有更小的基本物质，谁都不敢说。

　　据“大爆炸”的理论，整个宇宙本来是没有维度的（没有前后左右上下与时间）。有一天，几乎是无中生有的，轰隆一声，这个无限紧密的宇宙爆炸了，炽热的能量在泠却后逐渐形成各种物质，膨胀成一个充满星星、银河系以及各种天体的大千世界。

　　大型强子对撞机所要复制的，就是一个微型的宇宙大爆炸。物理学家希望通过观察这个物质宇宙形成的第一瞬间，来了解我们是从哪里来，将到哪里去。

　　大型强子对撞机是世界上能量最高的粒子加速器。两束质子流在长达27公里的真空通道中，以接近光速（99.9998%）的高速对撞。其能量状态近于宇宙大爆炸，粒子物理学家将利用质子碰撞后的产物来探索物理现象。

　　以下谈的，是科学家希望在对撞后找到的一些物质，以及几个有待解开的谜团。

上帝粒子

　　一个令科学家百思不解的迷团，是质量的来源。现在我们己经能精确的测量一个电子，一个夸克以及几乎所有其他粒子的质量，可是却不知道质量何来。

　　40多年前，一位英国的物理学家，彼得·希格斯（Peter Higgs），提出了一个设想：整个空间存在着一个场，好像手机与无线电广播的电磁场一样。

　　这个充斥天地的“希格斯场”有若看不见的浆液，当我们把东西移动时，就会遇到阻力，而这就是质量的现象。

　　我们也可以想象：所有的粒子，就好像跑过一个泥地的一群人，有些粒子，比如夸克，穿的鞋子比较大，所以鞋子就带上很多泥土；而其他粒子，如电子，穿的鞋子比较小，带的泥也相对的少，所以其质量比较轻。

　　这个设想虽然离奇，但却准确的描述了许多粒子的行为。希格斯场是粒子物埋学关键性的理论。

　　不过，奇怪的是，尽管科学家努力的上下求索，就是看不到这理当无所不在的希格斯场的庐山真面目。

　　现在，他们希望大对撞后，能找到希格斯场被撞落的一些碎片，也就是希格斯粒子（也称上帝粒子）。这样，就可以了结40多年来的争论。

暗物质

　　科学家早就知道宇宙中有一种能把银河系拖来拖去的东西，却不知道那是什么。无计可施之余，他们提出了了一个假设：宇宙中存在一种不发光的物质和能量-暗物质。据估计，我们看得见的物质仅构成宇宙的4%，而暗物质却占了96%。

　　现在，他们寄望这个冲撞实验，能找到一些有关喑物质构成的证据。

黑洞

　　当一个恒星寿终正寝时，会发生坍塌把大量的物质聚集在很小的空间黑而形成黑洞。黑洞的贪吃是出名的，它习惯把附近的物质吞噬而越变越大。

　　这引起了一些人担忧，他们害怕试验中的微型大爆炸会别制造出微型黑洞，如果这个黑洞越变越大，最终会把整个地球吞下去。这些欧美人士还煞有所事的告到法院去，叫停这个项目。

　　不过，对微黑洞夙有研究的物埋学家斯蒂芬。科学家霍金（Stephen Hawking）认为，大型强子对撞机形成微黑洞的几率非常小，几乎不到1%。就算形成了，也会很快蒸发掉，将没有时间吞噬任何物质。

　　上面谈的，只是强子对撞实验有望解答的一些物理谜团的例子。其他可能的收获还有很多，例如：额外空间、对称性粒子与弦理论的证实，甚至还会有一些从来没有人想过的，新的物理发现。

　　或许有人会问，花那么多钱，去证实这些玄之又玄的理论，满足物理学家的好奇心，值得吗？

　　诚如潘国驹教授指出，上个世纪，因为有了爱因斯坦的相对论和量子力学的理论，才使人类进入了一个更文明的世界。例如手机、电视、半导体，原子能等等新科技，都是在这两个新的科学理论的发现后才有可能出现的。

　　新的物理学发观，势将把人类的科技水平提升到一个更高的境界。