你每天都关心的体重,来源于质量。至于为什么会有质量,则是一个神秘的问题。物质世界由各类微观的基本粒子组成,那么基本粒子的质量从何而来,则是关乎宇宙本原性的“终极”命题。被证实的科学理论认为基本粒子的质量来源于通常称为“上帝粒子”的希格斯机制。
为揭开希格斯粒子的神秘面纱,7月4日,“走近上帝粒子——希格斯粒子发现十周年纪念”科普报告会在中国科学技术大学举办,多位专家为公众解开基本粒子质量起源之谜。
粒子科学探究微观世界的各类本性问题,百年来,人类的探索归纳总结为描述微观世界的标准模型。该模型中最后一个被实验发现的基本粒子即是希格斯粒子。希格斯粒子通过神秘的对称性破缺机制给基本粒子带来质量,它和高深莫测的量子真空息息相关,也被认为在宇宙演化的极早期起着重要作用。
希格斯粒子的寻找和发现历时近半个世纪,最终于2012年7月4日,由欧洲核子中心大型强子对撞机LHC上的ATLAS(超环面仪器)和CMS(紧凑缪子线圈)实验宣布发现。这一重大发现直接促成了提出该粒子假设的理论学家弗朗索瓦·恩格勒与彼得·希格斯获得2013年的诺贝尔物理学奖。中国科大ATLAS实验组在希格斯粒子的发现与研究中一直起着重要作用。
物质世界最基本的组分是什么?它们是如何相互作用构成当今的宇宙?
中国科学院院士、中国科学技术大学近代物理系教授赵政国在题为《希格斯粒子的发现和未来——质量、上帝粒子和宇宙》的报告中以希格斯粒子的发现为例, 介绍了粒子物理研究的基本手段和方法,以及涉及的尖端技术。赵政国认为,诸如“我是从哪里来的?”“太阳是哪里来的?天外还有天吗?”“尺子可以分成两半吗?”等极简的问题,却都是关乎生命和宇宙的起源与进化、物质基本结构的重大命题。
希格斯粒子和希格斯机制是电弱统一规律的重要组成部分,揭示了电磁相互作用和弱相互作用的本质所在。理论物理学家、中国科学技术大学卢建新教授则介绍了理论家眼中的希格斯粒子,以及为何被证实的希格斯机制值得一个诺贝尔奖。他阐述了希格斯机制在宏观经典电磁相互作用统一100年后,首次在微观量子世界实现电磁和弱相互作用统一所起的重要作用,从而把爱因斯坦相互作用统一的思想向前推进了一大步。
除了资深专家作演讲,4名深度参与希格斯粒子研究的年轻教授也分享了自己的观点。中国科学技术大学教授徐来林认为,物质微观结构的探索永远是物理学的前沿,是带动各学科发展的基础,而粒子物理主要研究物质最深层次的结构、最基本的相互作用和运动规律、时空的性质及宇宙起源等问题;中国科学技术大学教授张扬对希格斯粒子、对称性破缺以及现代理论物理计算进行了全面的阐述,将经典物理比喻为“一场残酷的比赛”,其需要吸收数学与计算科学的最新发展,从理论出发得到具体的物理预言;中国科学技术大学教授吴雨生以“玄微世界高能派,秋境通幽共天人。大道寻踪有重器,风花纷沓映红尘。飞皮纳微环相扣,沧海一粟始现身”这一“武功秘籍”来解释为何微观世界更需要超大型仪器来研究;中国科学技术大学教授杨洪洮则认为,希格斯玻色子作为当代粒子物理理论的最后一块拼图,其物理意义极其重要,其发现过程也是实验粒子物理不断进步的写照。
报告会现场,中国科大部分师生以及中国科大附中初二学生数百余人参与讲座活动。赵政国说,大学教授在做好研究工作的同时,也有义务面向大众进行科普,这是一件非常有意义的事情。
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