為什么科學(xué)家說上帝粒子是解開宇宙質(zhì)量之謎的鑰匙?
你肯定聽過"上帝粒子"這個(gè)詞吧?新聞里總說這玩意兒能解釋宇宙起源,但每次看到那些物理學(xué)術(shù)語就頭疼對(duì)吧?別慌,咱們今天就用大白話把這東西掰開了揉碎了聊明白。先問個(gè)最根本的問題:為什么你我能穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)坐在椅子上,而不是像氣球一樣飄在空中?答案就藏在那個(gè)神秘的"上帝粒子"里。
?? 從燒烤架到宇宙——質(zhì)量到底打哪兒來?
想象下燒紅的鐵鍋上煎牛排,肉接觸鍋面的瞬間發(fā)出滋滋聲。這個(gè)場(chǎng)景里,鍋的熱量給了牛排能量,但牛排本身的"存在感"(也就是質(zhì)量)從何而來?物理學(xué)家花了半個(gè)世紀(jì)才搞明白,宇宙里有個(gè)看不見的"醬料"——希格斯場(chǎng),所有基本粒子都是在這個(gè)場(chǎng)里"蘸"過之后才有了質(zhì)量。
舉個(gè)更貼切的例子:你跳進(jìn)泳池游泳,水的阻力讓你動(dòng)作變慢。希格斯場(chǎng)就像宇宙級(jí)游泳池,粒子在其中運(yùn)動(dòng)時(shí)遇到的"阻力"被我們感知為質(zhì)量。而上帝粒子(正式名稱叫希格斯玻色子),就是這個(gè)場(chǎng)存在的直接證據(jù)。
?? 價(jià)值48億美元的捉迷藏游戲
2012年7月4日,日內(nèi)瓦郊外地下100米的隧道里,科學(xué)家們盯著屏幕的手都在抖。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)剛完成第3千萬億次質(zhì)子對(duì)撞,數(shù)據(jù)顯示出125GeV能量處的異常波動(dòng)——他們逮住了這個(gè)傳說中的粒子!
這場(chǎng)追捕有多夸張?- 設(shè)備周長(zhǎng)27公里,相當(dāng)于北京五環(huán)路的1/3- 超導(dǎo)磁體工作時(shí)溫度比外太空還低2℃- 每年產(chǎn)生數(shù)據(jù)能裝滿10萬張藍(lán)光光盤- 總耗資相當(dāng)于48億美元(夠買230架F-35戰(zhàn)斗機(jī))
當(dāng)時(shí)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人說:"就像在撒哈拉沙漠找特定的一粒沙子,還要確定它是不是來自火星。"不過話說回來,這錢花得值,畢竟搞清了宇宙最基礎(chǔ)運(yùn)行規(guī)則。
?? 上帝粒子真是"上帝"造的嗎?
雖然名字聽著玄乎,但這跟宗教沒半毛錢關(guān)系。當(dāng)年諾貝爾獎(jiǎng)得主萊德曼出書時(shí),出版社嫌"該死的粒子"(Goddamn Particle)太粗俗,改成了"上帝粒子"。沒想到這個(gè)外號(hào)反而讓科學(xué)概念出了圈,現(xiàn)在連街邊老大爺都能嘮兩句。
不過物理學(xué)家們對(duì)這個(gè)稱呼挺頭大。參與發(fā)現(xiàn)工作的維爾特博士吐槽:"就像給新生兒取名'宇宙主宰',壓力太大了!"實(shí)際上,希格斯玻色子只是標(biāo)準(zhǔn)物理模型里的最后一塊拼圖,遠(yuǎn)沒有達(dá)到"創(chuàng)造萬物"的程度。
?? 知道了這個(gè)能改變我點(diǎn)外賣的速度嗎?
你可能要問:研究這玩意兒有啥實(shí)際用處?問得好!雖然現(xiàn)在看不出直接影響,但歷史上每次基礎(chǔ)科學(xué)突破都會(huì)帶來技術(shù)革命:- 發(fā)現(xiàn)電子→催生整個(gè)電子信息時(shí)代- 搞懂核裂變→發(fā)展出新能源技術(shù)- 量子力學(xué)研究→推動(dòng)計(jì)算機(jī)革命
就上帝粒子本身來說,它幫我們確認(rèn)了希格斯場(chǎng)的存在。未來如果能操控這個(gè)場(chǎng),或許真能像《星際迷航》里那樣實(shí)現(xiàn)反重力懸浮。不過眼下最現(xiàn)實(shí)的,是幫科學(xué)家完善理論模型,進(jìn)而研發(fā)新型材料或能源技術(shù)。
?? 謎題解開后,更大的謎團(tuán)出現(xiàn)了
找到上帝粒子就像翻開偵探小說最后一章,結(jié)果發(fā)現(xiàn)兇手背后還有主謀?,F(xiàn)在我們知道物質(zhì)為什么有質(zhì)量了,但新的問題接踵而至:- 暗物質(zhì)為什么不和希格斯場(chǎng)互動(dòng)?- 中微子質(zhì)量為什么這么???- 宇宙初期希格斯場(chǎng)是怎么被觸發(fā)的?
更讓人睡不著覺的是,現(xiàn)有理論預(yù)測(cè)希格斯粒子質(zhì)量應(yīng)該更大,實(shí)際測(cè)出來的數(shù)值讓整個(gè)模型處于"走鋼絲"狀態(tài)。有學(xué)者開玩笑說:"宇宙現(xiàn)在能穩(wěn)定存在,可能全靠小數(shù)點(diǎn)后十位的微妙平衡。"
下次抬頭看星星時(shí),不妨想想:組成你身體的每個(gè)原子,都曾在137億年前與希格斯場(chǎng)親密接觸。這個(gè)發(fā)現(xiàn)告訴我們,理解宇宙最神奇之處不在于它多復(fù)雜,而在于用幾個(gè)簡(jiǎn)潔的物理規(guī)律就能解釋萬事萬物。雖然還有無數(shù)未解之謎,但至少現(xiàn)在我們知道該往哪個(gè)方向找答案了——說不定解開下一個(gè)謎題的鑰匙,就藏在今天還無人知曉的"上帝粒子2.0"里呢?