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全力寻找“上帝粒子”

2010-03-29 09:47:48

来源:科学探索

  目前,费米国家实验室的另一个CDF探测器小组,也在同D-Zero探测器小组展开竞争。双方都试图发现新的粒子,并且确定这些粒子的特征。同时,这两组科学家也互相共享成功经验,相互确认对方的发现是否正确。这种工作方式使得科学家们有更高几率来发现希格斯玻色子。

  基于目前Tevatron加速器以及其它加速器所做的工作,科学家推断希格斯玻色子的质量在114至185GeV之间。今年3月份,费米国家实验室通过实验进一步压缩了希格斯玻色子的质量区间,称质量不会在160至170GeV这段区间内。

  德尼索夫表示:“如果希格斯玻色子的质量不是我们事先设想的那样,或者它的质量更大,哪怕有理论来预测希格斯玻色子的质量会比我们预测的更大,那么要想发现它可能要另辟蹊径了。但是,如果它的质量真的只是在200GeV,或者是180、190GeV左右,我们就能够将其排除,或者成功发现希格斯玻色子。目前,我们就正在进行这项工作。”

  即便最终是欧洲粒子物理研究中心先拔头筹,发现了希格斯玻色子,对于费米国家实验室的科学家们来说,他们也受益匪浅。德尼索夫认为:“即使未能抢得先机,至少科学家们找到了研究方法,为以后科学发现打下了基础。”

  费米国家实验室的威尔逊行政大楼

  费米国家实验室的科学家德米特里·德尼索夫

  劳伦斯最初使用的4英寸回旋加速器

  圆圈部分,是ISABELLE的隧道

  超导超级对撞机部分外观

  对于费米国家实验室的科学家来说,尽管他们认为Tevatron加速器会取得成功,不过如果失败了也在情理之中。但是,如果Tevatron加速器在最终离发现希格斯玻色子仅有一步之遥的时候失败了,这对这些科学家们来说才是最心痛的。

  自从1930年加州大学的劳伦斯(E.O.Lawrence)建立第一个回旋加速器、高能粒子物理学刚刚诞生之时,美国和欧洲的科学家就开始展开竞争。劳伦斯制造的是一个回转装置,能够利用磁场将质子加速到8万电子伏特。随后,美国科学家开始建造更大、更复杂的回旋加速器,用于发现同位素,并且在这个过程中获得了一次诺贝尔奖。

  劳伦斯制作出回旋加速器后,欧洲科学家们也开始建造自己的加速器。在分离原子核这一实验时,欧美科学家开始公开竞争。在那次实验中,双方实力接近,但是最终英国剑桥大学的Cavendish实验室在诺贝尔奖得主欧内斯特·卢瑟福(ErnestRutherford)的带领下,成功在美国科学家之前分离出原子核。

  对撞机(Collider)作者、物理学家保罗·哈尔彭(PaulHalpern)表示:“劳伦斯最先提出回旋加速器能够被用于医学领域。这一想法太精妙了,因为随后他就获准研究回旋加速器在医学领域的运用,并且获得了大量资金用于建造设备。

  1942年,美国军方提出曼哈顿计划(ManhattanProject)之后,劳伦斯也希望把粒子物理学运用到其中。此时,他研制的184英寸回旋加速器已经能够将各种粒子加速到1亿电子伏特,为分离铀的同位素提供了帮助。

  不久后,美国科学家在高能物理学领域就超过了欧洲科学家。当时在该领域占主导地位的是大型回旋加速器。他们在50年代和60年代制造的加速器已经能够将粒子最高加速到10亿电子伏特。而美国劳伦斯伯克莱国家实验室(LawrenceBerkeleyNationalLaboratory)高能质子同步稳向加速器(Bevatron)以及美国布鲁克海文国家实验室(BrookhavenNationalLaboratory)的Cosmotron加速器就是当时美国高能物理学的代表。

  哈尔彭表示:“在布鲁克海文国家实验室,研究人员发现了聚焦光束的方法,从而能够加大光度,增加粒子碰撞的次数。这次发现是该领域的一次伟大革新。”

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