大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中發(fā)生的每一次質(zhì)子－質(zhì)子對(duì)撞，都會(huì)產(chǎn)生大量接近光速向外飛散的粒子。正是從這些亂麻中找出的線索，幫助科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了新的粒子。
10月8日，雖然推遲了一個(gè)小時(shí)公布，2013年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)還是毫無懸念地授予了“上帝粒子”的追隨者們——彼得·希格斯和弗朗索瓦·恩格勒，以表彰他們對(duì)“上帝粒子”所做的預(yù)測(cè)。
“上帝粒子”的正式名稱是希格斯玻色子，理論上認(rèn)為是構(gòu)成宇宙的最基本組成部件之一。科學(xué)家們提出的物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言了這種粒子的存在，其作用是解釋為何其它粒子會(huì)擁有質(zhì)量。
隨著諾獎(jiǎng)的出爐，“上帝粒子”再次名聲大噪。然而微觀世界中，“上帝粒子”還有許多“小伙伴”，有那些對(duì)我們來說并不陌生的質(zhì)子、中子、電子，還有光看名稱就足以令普通讀者皺眉的夸克、中微子、玻色子……
北京大學(xué)百人計(jì)劃研究員、物理學(xué)院曹慶宏教授告訴科技日?qǐng)?bào)記者，除了諾獎(jiǎng)新貴希格斯粒子，在粒子物理學(xué)“標(biāo)準(zhǔn)模型”中還包括強(qiáng)子、輕子、規(guī)范玻色子。
作為宇宙最基本的組成物質(zhì)，它們身上有著哪些已知和未知的秘密？在人類探索自身乃至宇宙奧秘的過程中，它們又扮演著怎樣的角色？
夸克
6種類型已被實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到
·知道
1964年，美國物理學(xué)家默里·蓋爾曼和G.茨威格各自獨(dú)立提出了中子、質(zhì)子這一類強(qiáng)子是由更基本的單元——夸克（quark）組成的。曹慶宏解釋說，夸克還可以分成6種：構(gòu)成質(zhì)子和中子的是較輕的上夸克和下夸克，另外還有較重的奇夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克。夸克互相結(jié)合，形成強(qiáng)子，強(qiáng)子中最穩(wěn)定的是質(zhì)子，它和中子是構(gòu)成原子核的單元。
目前，夸克的六種類型已經(jīng)全部被加速器實(shí)驗(yàn)所觀測(cè)到。1974年，華裔科學(xué)家丁肇中和他的合作者發(fā)現(xiàn)了一個(gè)質(zhì)量約為質(zhì)子質(zhì)量3倍的長(zhǎng)壽命中性粒子。在公開發(fā)表這個(gè)發(fā)現(xiàn)時(shí)，丁肇中把這個(gè)新粒子取名為J粒子。與此同時(shí)，美國人里希特也發(fā)現(xiàn)了這種粒子，并取名為ψ粒子。后來人們就把這種粒子叫作J/ψ粒子。J/ψ粒子具有奇特的性質(zhì)，其壽命值比預(yù)料值大5000倍；這表明它有新的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不能用當(dāng)時(shí)已知的3種夸克來解釋，而需要引進(jìn)第四種夸克即粲夸克來解釋。J/ψ粒子的發(fā)現(xiàn)大大推動(dòng)了粒子物理學(xué)的發(fā)展。為此丁肇中和里希特共同獲得1976年諾貝爾物理獎(jiǎng)。
華裔高能物理學(xué)家葉恭平曾指出：“宇宙剛開始瞬間，只是基本粒子存在的狀態(tài)，找齊6種夸克等基本粒子，將可以協(xié)助科學(xué)家回溯宇宙的初始階段。因此，可以知道宇宙由過去到未來的演化歷程。”
·不知道
于1994年在美國費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室被觀測(cè)到的頂夸克，是夸克家族中最后發(fā)現(xiàn)的一種。目前關(guān)于頂夸克，人類了解得非常少，也是這一領(lǐng)域中比較熱門的研究方向之一。曹慶宏指出，科學(xué)家們希望通過對(duì)這種粒子的研究，構(gòu)建一個(gè)更加完美的理論物理的模型。