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全力尋找“上帝粒子”

2010-03-29 09:47:48

來源:科學(xué)探索

  目前,費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的另一個(gè)CDF探測(cè)器小組,也在同D-Zero探測(cè)器小組展開競(jìng)爭(zhēng)。雙方都試圖發(fā)現(xiàn)新的粒子,并且確定這些粒子的特征。同時(shí),這兩組科學(xué)家也互相共享成功經(jīng)驗(yàn),相互確認(rèn)對(duì)方的發(fā)現(xiàn)是否正確。這種工作方式使得科學(xué)家們有更高幾率來發(fā)現(xiàn)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,科學(xué)家推斷希格斯玻色子的質(zhì)量在114至185GeV之間。今年3月份,費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步壓縮了希格斯玻色子的質(zhì)量區(qū)間,稱質(zhì)量不會(huì)在160至170GeV這段區(qū)間內(nèi)。

  德尼索夫表示:“如果希格斯玻色子的質(zhì)量不是我們事先設(shè)想的那樣,或者它的質(zhì)量更大,哪怕有理論來預(yù)測(cè)希格斯玻色子的質(zhì)量會(huì)比我們預(yù)測(cè)的更大,那么要想發(fā)現(xiàn)它可能要另辟蹊徑了。但是,如果它的質(zhì)量真的只是在200GeV,或者是180、190GeV左右,我們就能夠?qū)⑵渑懦蛘叱晒Πl(fā)現(xiàn)希格斯玻色子。目前,我們就正在進(jìn)行這項(xiàng)工作。”

  即便最終是歐洲粒子物理研究中心先拔頭籌,發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子,對(duì)于費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們來說,他們也受益匪淺。德尼索夫認(rèn)為:“即使未能搶得先機(jī),至少科學(xué)家們找到了研究方法,為以后科學(xué)發(fā)現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。”

  費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的威爾遜行政大樓

  費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家德米特里·德尼索夫

  勞倫斯最初使用的4英寸回旋加速器

  圓圈部分,是ISABELLE的隧道

  超導(dǎo)超級(jí)對(duì)撞機(jī)部分外觀

  對(duì)于費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家來說,盡管他們認(rèn)為Tevatron加速器會(huì)取得成功,不過如果失敗了也在情理之中。但是,如果Tevatron加速器在最終離發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子僅有一步之遙的時(shí)候失敗了,這對(duì)這些科學(xué)家們來說才是最心痛的。

  自從1930年加州大學(xué)的勞倫斯(E.O.Lawrence)建立第一個(gè)回旋加速器、高能粒子物理學(xué)剛剛誕生之時(shí),美國(guó)和歐洲的科學(xué)家就開始展開競(jìng)爭(zhēng)。勞倫斯制造的是一個(gè)回轉(zhuǎn)裝置,能夠利用磁場(chǎng)將質(zhì)子加速到8萬(wàn)電子伏特。隨后,美國(guó)科學(xué)家開始建造更大、更復(fù)雜的回旋加速器,用于發(fā)現(xiàn)同位素,并且在這個(gè)過程中獲得了一次諾貝爾獎(jiǎng)。

  勞倫斯制作出回旋加速器后,歐洲科學(xué)家們也開始建造自己的加速器。在分離原子核這一實(shí)驗(yàn)時(shí),歐美科學(xué)家開始公開競(jìng)爭(zhēng)。在那次實(shí)驗(yàn)中,雙方實(shí)力接近,但是最終英國(guó)劍橋大學(xué)的Cavendish實(shí)驗(yàn)室在諾貝爾獎(jiǎng)得主歐內(nèi)斯特·盧瑟福(ErnestRutherford)的帶領(lǐng)下,成功在美國(guó)科學(xué)家之前分離出原子核。

  對(duì)撞機(jī)(Collider)作者、物理學(xué)家保羅·哈爾彭(PaulHalpern)表示:“勞倫斯最先提出回旋加速器能夠被用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。這一想法太精妙了,因?yàn)殡S后他就獲準(zhǔn)研究回旋加速器在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的運(yùn)用,并且獲得了大量資金用于建造設(shè)備。

  1942年,美國(guó)軍方提出曼哈頓計(jì)劃(ManhattanProject)之后,勞倫斯也希望把粒子物理學(xué)運(yùn)用到其中。此時(shí),他研制的184英寸回旋加速器已經(jīng)能夠?qū)⒏鞣N粒子加速到1億電子伏特,為分離鈾的同位素提供了幫助。

  不久后,美國(guó)科學(xué)家在高能物理學(xué)領(lǐng)域就超過了歐洲科學(xué)家。當(dāng)時(shí)在該領(lǐng)域占主導(dǎo)地位的是大型回旋加速器。他們?cè)?0年代和60年代制造的加速器已經(jīng)能夠?qū)⒘W幼罡呒铀俚?0億電子伏特。而美國(guó)勞倫斯伯克萊國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LawrenceBerkeleyNationalLaboratory)高能質(zhì)子同步穩(wěn)向加速器(Bevatron)以及美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(BrookhavenNationalLaboratory)的Cosmotron加速器就是當(dāng)時(shí)美國(guó)高能物理學(xué)的代表。

  哈爾彭表示:“在布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室,研究人員發(fā)現(xiàn)了聚焦光束的方法,從而能夠加大光度,增加粒子碰撞的次數(shù)。這次發(fā)現(xiàn)是該領(lǐng)域的一次偉大革新。”

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