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陈明水:“上帝粒子”的研究之路

  • 发布时间:2015-02-14 01:30:51  来源:科技日报  作者:佚名  责任编辑:罗伯特

  ■行进中国·创新故事

  他,带领希格斯粒子研究团队,在积极准备迎接大型强子对撞机新数据的到来,希望在新一轮的国际竞争中再创佳绩;他更期待着能够在中国本土进行以我为主的实验,而这样的机会因环形正负电子对撞机列入中科院“率先行动”计划,已初露端倪。他就是中国科学院粒子物理前沿卓越创新中心首届青年拔尖人才奖获得者、中国科学院”百人计划”入选者、高能物理研究所特别研究员陈明水。

  上帝粒子是如何与宇宙万物相互作用?是不是只有上帝粒子负责物质质量的产生?这些问题有望在欧洲核子研究中心将于近期重启的大型强子对撞机上得到解答。陈明水希望这些研究中有中国科学家的付出。

  2012年7月4日,欧洲核子研究中心宣布发现了一个疑似粒子物理学标准模型理论中预言的希格斯粒子,即上帝粒子。比利时物理学家弗朗索瓦·恩格勒特和英国物理学家彼得·希格斯因而获得2013年诺贝尔物理学奖。 这一产生诺贝尔物理奖的重大发现是由世界上两个最大的粒子物理实验分别做出的。其中之一是紧凑式缪子螺旋谱仪。该实验国际合作组内部确定以五倍标准偏差显示度发现希格斯粒子的决定性的审核报告就是由陈明水做的。

  “当时只是说发现了一个质量约为125 GeV的新粒子,并不能确定它就是负责质量产生机制的上帝粒子。”陈明水说。

  此后,陈明水作为紧凑式缪子螺旋谱仪国际合作组希格斯联合分析组的召集人领导了一支国际研究小组对紧凑式缪子螺旋谱仪2011年和2012年所有的希格斯物理分析数据进行了进一步的挖掘和更深层次的整合分析。

  经过长达一年的努力,最终的研究成果显示该希格斯粒子的各项性质与粒子物理标准模型理论所预测的在现有的实验测量精度内较为符合,这一最新结果近期发表在著名国际期刊《欧洲物理杂志C》上。

  希格斯粒子是人类历史上发现的第一个基本标量玻色子,人们对它的了解还非常有限,而精确测量它的各项性质需要更多的数据。

  “即将重启的大型强子对撞机,它的对撞能量将很快打破其自身保持的记录,达到一个新的高度13TeV,而且它的瞬时亮度也将进一步提高,这都将有利于更多更快地产生希格斯粒子,以便科学家进行更精细的测量。” 陈明水说,不仅如此,在新的对撞能量下, 一些潜在的新物理现象,比如暗物质、超对称物理新粒子等等也有望揭开面纱。

  陈明水介绍,尽管大型强子对撞机是目前唯一能够产生希格斯粒子的机器,但是大型强子对撞机是以质子为基础来对撞的,而质子并不是基本粒子,它是由夸克组成的,因此质子对撞会产生很多背景事例,不利于精确分析科学家所感兴趣的物理现象,特别是希格斯粒子的性质研究。

  由基本粒子正负电子进行相互对撞的下一代对撞机则是研究希格斯粒子的一个利器。目前世界各国有两类方案,其中之一是以国际直线对撞机为代表的下一代直线对撞机,另一方案则是以中国科学家提出的环形正负电子对撞机为代表。

  陈明水说,环形对撞机有着明显的优点,对撞亮度可以更高,意味着更多的数据量;环形隧道可重复利用,建造更高能量的强子对撞机,对撞能量可达目前大型强子对撞机的4—7倍,可用于研究更高能标的新物理;125GeV的希格斯粒子质量使得环形对撞机的造价处于合理的范围。

  日前,环形正负电子对撞机已列入中科院“率先行动”计划,“环形正负电子对撞机若能建成,将使中国在基础物理学领域进入国际领先地位。” 陈明水对此很期待。

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