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全力尋找“上帝粒子”

2010-03-29 09:47:48

來源:科學探索

  目前,費米國家實驗室的另一個CDF探測器小組,也在同D-Zero探測器小組展開競爭。雙方都試圖發現新的粒子,并且確定這些粒子的特征。同時,這兩組科學家也互相共享成功經驗,相互確認對方的發現是否正確。這種工作方式使得科學家們有更高幾率來發現希格斯玻色子。

  基于目前Tevatron加速器以及其它加速器所做的工作,科學家推斷希格斯玻色子的質量在114至185GeV之間。今年3月份,費米國家實驗室通過實驗進一步壓縮了希格斯玻色子的質量區間,稱質量不會在160至170GeV這段區間內。

  德尼索夫表示:“如果希格斯玻色子的質量不是我們事先設想的那樣,或者它的質量更大,哪怕有理論來預測希格斯玻色子的質量會比我們預測的更大,那么要想發現它可能要另辟蹊徑了。但是,如果它的質量真的只是在200GeV,或者是180、190GeV左右,我們就能夠將其排除,或者成功發現希格斯玻色子。目前,我們就正在進行這項工作。”

  即便最終是歐洲粒子物理研究中心先拔頭籌,發現了希格斯玻色子,對于費米國家實驗室的科學家們來說,他們也受益匪淺。德尼索夫認為:“即使未能搶得先機,至少科學家們找到了研究方法,為以后科學發現打下了基礎。”

  費米國家實驗室的威爾遜行政大樓

  費米國家實驗室的科學家德米特里·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

  超導超級對撞機部分外觀

  對于費米國家實驗室的科學家來說,盡管他們認為Tevatron加速器會取得成功,不過如果失敗了也在情理之中。但是,如果Tevatron加速器在最終離發現希格斯玻色子僅有一步之遙的時候失敗了,這對這些科學家們來說才是最心痛的。

  自從1930年加州大學的勞倫斯(E.O.Lawrence)建立第一個回旋加速器、高能粒子物理學剛剛誕生之時,美國和歐洲的科學家就開始展開競爭。勞倫斯制造的是一個回轉裝置,能夠利用磁場將質子加速到8萬電子伏特。隨后,美國科學家開始建造更大、更復雜的回旋加速器,用于發現同位素,并且在這個過程中獲得了一次諾貝爾獎。

  勞倫斯制作出回旋加速器后,歐洲科學家們也開始建造自己的加速器。在分離原子核這一實驗時,歐美科學家開始公開競爭。在那次實驗中,雙方實力接近,但是最終英國劍橋大學的Cavendish實驗室在諾貝爾獎得主歐內斯特·盧瑟福(ErnestRutherford)的帶領下,成功在美國科學家之前分離出原子核。

  對撞機(Collider)作者、物理學家保羅·哈爾彭(PaulHalpern)表示:“勞倫斯最先提出回旋加速器能夠被用于醫學領域。這一想法太精妙了,因為隨后他就獲準研究回旋加速器在醫學領域的運用,并且獲得了大量資金用于建造設備。

  1942年,美國軍方提出曼哈頓計劃(ManhattanProject)之后,勞倫斯也希望把粒子物理學運用到其中。此時,他研制的184英寸回旋加速器已經能夠將各種粒子加速到1億電子伏特,為分離鈾的同位素提供了幫助。

  不久后,美國科學家在高能物理學領域就超過了歐洲科學家。當時在該領域占主導地位的是大型回旋加速器。他們在50年代和60年代制造的加速器已經能夠將粒子最高加速到10億電子伏特。而美國勞倫斯伯克萊國家實驗室(LawrenceBerkeleyNationalLaboratory)高能質子同步穩向加速器(Bevatron)以及美國布魯克海文國家實驗室(BrookhavenNationalLaboratory)的Cosmotron加速器就是當時美國高能物理學的代表。

  哈爾彭表示:“在布魯克海文國家實驗室,研究人員發現了聚焦光束的方法,從而能夠加大光度,增加粒子碰撞的次數。這次發現是該領域的一次偉大革新。”

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