“費(fèi)米”力圖衛(wèi)冕“歐核”虎視眈眈——希格斯玻色子之爭(zhēng)日漸升溫
自去年9月發(fā)現(xiàn)“雙奇異”夸克粒子之后，3月4日和7日，在不到兩周的時(shí)間里，他們的美國(guó)同行費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室相繼發(fā)現(xiàn)罕見的單頂夸克和一種新的“現(xiàn)有理論*無法解釋的新粒子”。在尋找希格斯玻色子的競(jìng)賽中費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室離目標(biāo)已越來越近。而以尋找希格斯玻色子主要任務(wù)之一的歐洲大型核子對(duì)撞機(jī)（LHC）卻還在工作人員的檢修當(dāng)中，按歐核中心2月0日的說法，要讓這個(gè)巨無霸*“蘇醒”過來，zui早也要等到今年9月?，F(xiàn)在，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室這臺(tái)建造于983年的質(zhì)子對(duì)撞機(jī)Tevatron還在不分晝夜地高速運(yùn)轉(zhuǎn)著，海量的數(shù)據(jù)正*地被輸入到研究人員的電腦當(dāng)中。
這臺(tái)“老爺車”真能跑過“年輕力壯”的LHC嗎？
廉頗雖老 活力不減
“費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的Tevatron真的和瑞士的LHC較上勁了嗎？”美聯(lián)社2月23日的一篇文章以這句話作為了整篇的開頭。的確，這絕不是小孩之間關(guān)于誰能zui先跑到終點(diǎn)的游戲，而是來自粒子物理學(xué)家們內(nèi)心zui真實(shí)的聲音。
自899年湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子開始，在一個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間里，人類一直孜孜不倦的探索著微觀世界的奧秘。995年3月2日，也是在如今的“老爺車”Tevatron中，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了具有歷史意義的頂夸克，至此為粒子物理學(xué)模型所預(yù)言的62個(gè)基本粒子中的6個(gè)都已經(jīng)得到了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持與驗(yàn)證。而這“遍插茱萸少一人”的粒子正是讓科學(xué)家們苦苦尋覓至今的希格斯玻色子。它被認(rèn)為是物質(zhì)的質(zhì)量之源，有助于揭開宇宙萬物為何皆有質(zhì)量的謎團(tuán)。如果真是如此，與整個(gè)粒子物理學(xué)模型被確認(rèn)的榮譽(yù)相比，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)只能算是一個(gè)小小的安慰。而對(duì)于傳統(tǒng)優(yōu)良的費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室來說，希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)無疑是一場(chǎng)“衛(wèi)冕之戰(zhàn)”。
但僅在幾個(gè)月之前，大多數(shù)人則把這個(gè)希望寄托在了LHC之上。當(dāng)時(shí)很多人都認(rèn)為，在這場(chǎng)“老爺車和現(xiàn)代跑車”的競(jìng)爭(zhēng)中費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室會(huì)提前退出。“甚至還有人嘲笑費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室能找到希格斯玻色子的想法，”該實(shí)驗(yàn)室資深物理學(xué)家喬·蘭肯說，“因?yàn)槲覀兊募铀倨鞑⒉皇菫榇硕O(shè)計(jì)的。”事實(shí)也的確如此，相比在建造之前就以希格斯玻色子為靶心的LHC，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的Tevatron至多算得上是一位“準(zhǔn)專業(yè)”選手，LHC在對(duì)撞后產(chǎn)生的能量將比費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室記錄的zui高能量大7倍。去年9月，當(dāng)*束質(zhì)子流以接近光速的速度被注入LHC的時(shí)候，它引來幾乎*人們的關(guān)注。但僅僅一個(gè)多星期過后，LHC卻因由于出現(xiàn)嚴(yán)重的氦泄露事故而被迫關(guān)閉。
而此后費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的捷報(bào)卻頻頻傳來，從“雙奇異”夸克粒子到單頂夸克再到前幾日發(fā)現(xiàn)的新粒子。費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室DZero探測(cè)器發(fā)言人德米特里·杰尼索夫曾在2月中旬表示，他們的Tevatron對(duì)撞機(jī)目前運(yùn)行狀態(tài)良好，發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子的概率將是50%%到90%%。這意味著如果希格斯玻色子真的存在，在費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)它將只是一個(gè)時(shí)間問題。
你中有我 我中有你
雖然競(jìng)爭(zhēng)激烈，但科學(xué)無國(guó)界這個(gè)老理大家還是認(rèn)同的。費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室主任皮埃爾·奧登說：“我們并不是在和歐核中心比賽。”有不少在Tevatron對(duì)撞機(jī)工作的物理學(xué)家同時(shí)也在參與LHC的實(shí)驗(yàn)。
在LHC工作的加州理工學(xué)院物理系教授哈維·紐曼的觀點(diǎn)也是如此，他說，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的加速器或許可以發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子存在的可能，但由于功率的原因，對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的測(cè)量和確認(rèn)將會(huì)顯得捉襟見肘。費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的蘭肯也對(duì)此表示同意，“Tevatron從來都不會(huì)被視為一成不變的東西，即便我們真的發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子，也還需要LHC來進(jìn)行確認(rèn)。”
而事實(shí)上，無論在工作還是生活中，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室的工作人員都是互有往來，幾乎是一種你中有我我中有你的狀態(tài)。去年9月，當(dāng)LHC啟動(dòng)的時(shí)候，費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室這里正值凌晨，科學(xué)家和其他工作人員們正穿著睡衣通過衛(wèi)星觀看直播，當(dāng)*束粒子流成功注入LHC后，他們也不由得歡呼了起來。
合作 是硬道理
“其實(shí)間接地，我們也在幫助他們，”費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室DZero探測(cè)器發(fā)言人德米特里·杰尼索夫說，“他們肯定也遇到了一些壓力和困難。”在理論模型中，希格斯玻色子大概位于4到84Gev（十億電子伏特）這個(gè)區(qū)域。這恰好是Tevatron敏感的范圍，并且這個(gè)范圍還正在逐步縮小中。去年夏天，由CDF和DZero探測(cè)器公布的數(shù)據(jù)已經(jīng)有效地將70Gev這個(gè)值排除在外，這樣希格斯玻色子將在其他粒子相互作用的背景噪聲中*了。這也就意味著，越接近70GeV就越有機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)希格斯波色子。無疑這也為即將在今年9月重新開機(jī)的LHC指明了目標(biāo)。
“上帝粒子”之爭(zhēng)對(duì)于實(shí)驗(yàn)室來說或許是榮譽(yù)之爭(zhēng)，而zui終受益的將是包括參與該項(xiàng)目的所有科學(xué)家在內(nèi)的*。在費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室工作的佛羅里達(dá)州大學(xué)物理學(xué)家雅各布·康尼伯格說：“有機(jī)會(huì)參加這么*的探索，這才是我們所向往的生活。無論是費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室還是歐核中心的科學(xué)家，在這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，展現(xiàn)出的將更多是人們之間合作與共享的精神。”
