大型强子对撞机中发生的每一次质子-质子对撞,都会产生大量接近光速向外飞散的粒子。正是从这些乱麻中找出的线索,帮助科学家发现了新的粒子。
10月8日,虽然推迟了一个小时公布,2013年的诺贝尔物理学奖还是毫无悬念地授予了“上帝粒子”的追随者们——彼得·希格斯和弗朗索瓦·恩格勒,以表彰他们对“上帝粒子”所做的预测。
“上帝粒子”的正式名称是希格斯玻色子,理论上认为是构成宇宙的最基本组成部件之一。科学家们提出的物理学标准模型预言了这种粒子的存在,其作用是解释为何其它粒子会拥有质量。
随着诺奖的出炉,“上帝粒子”再次名声大噪。然而微观世界中,“上帝粒子”还有许多“小伙伴”,有那些对我们来说并不陌生的质子、中子、电子,还有光看名称就足以令普通读者皱眉的夸克、中微子、玻色子……
北京大学百人计划研究员、物理学院曹庆宏教授告诉科技日报记者,除了诺奖新贵希格斯粒子,在粒子物理学“标准模型”中还包括强子、轻子、规范玻色子。
作为宇宙最基本的组成物质,它们身上有着哪些已知和未知的秘密?在人类探索自身乃至宇宙奥秘的过程中,它们又扮演着怎样的角色?
夸克
6种类型已被实验观测到
·知道
1964年,美国物理学家默里·盖尔曼和G.茨威格各自独立提出了中子、质子这一类强子是由更基本的单元——夸克(quark)组成的。曹庆宏解释说,夸克还可以分成6种:构成质子和中子的是较轻的上夸克和下夸克,另外还有较重的奇夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。夸克互相结合,形成强子,强子中最稳定的是质子,它和中子是构成原子核的单元。
目前,夸克的六种类型已经全部被加速器实验所观测到。1974年,华裔科学家丁肇中和他的合作者发现了一个质量约为质子质量3倍的长寿命中性粒子。在公开发表这个发现时,丁肇中把这个新粒子取名为J粒子。与此同时,美国人里希特也发现了这种粒子,并取名为ψ粒子。后来人们就把这种粒子叫作J/ψ粒子。J/ψ粒子具有奇特的性质,其寿命值比预料值大5000倍;这表明它有新的内部结构,不能用当时已知的3种夸克来解释,而需要引进第四种夸克即粲夸克来解释。J/ψ粒子的发现大大推动了粒子物理学的发展。为此丁肇中和里希特共同获得1976年诺贝尔物理奖。
华裔高能物理学家叶恭平曾指出:“宇宙刚开始瞬间,只是基本粒子存在的状态,找齐6种夸克等基本粒子,将可以协助科学家回溯宇宙的初始阶段。因此,可以知道宇宙由过去到未来的演化历程。”
·不知道
于1994年在美国费米实验室被观测到的顶夸克,是夸克家族中最后发现的一种。目前关于顶夸克,人类了解得非常少,也是这一领域中比较热门的研究方向之一。曹庆宏指出,科学家们希望通过对这种粒子的研究,构建一个更加完美的理论物理的模型。