上帝粒子

7月4日,位於日內瓦的歐洲原子核能中心(CERN)向全球宣布,找到一種新亞原子粒子,這種粒子與之前預言構成質量的「上帝粒子」、即希格斯(Higgs)玻色子特徵 一致。

歐美在尋找「上帝粒子」的競賽中,一直希望搶先對手,她們的競爭如此激烈,皆因這關乎美國和歐洲的科學權威,若美國科學家搶先發現希格斯玻色子,將會為其近代科學領域取得的主要成就,畫上完美句號。若被歐洲捷足先登,將被視為對美國的一次打撃。CERN在1980年代準備籌建大型強子對撞機(LHC)時,就把證實「上帝粒子」存在視為奮鬥目標,在LHC在2010年啟用前,美國費米的Tevatron一直是全球最強大的對撞機,惟最後始終敗在歐方手上。

雖然「上帝粒子」已被發現,但仍有粒子物理學家指出,「標準模型」尚有幾個漏洞,例如解釋不到為何有些粒子有質量,有些卻沒有,所以今次發現「上帝粒子」,也只是修補了當中一個漏洞,「因為整個宇宙仍有約百分之九十六是由「暗物質」(dark matter)所組成,我們仍對這些物質毫無頭緒,這足以讓我們再忙多數十年」。


許多人都認為這是自上世紀60年代阿波羅號登上月球以來最重要的科技盛事。發布會現場,利物浦大學粒子物理系主任瑟密斯·布考克則稱,對於物理學家來說,這次發現就像哥倫布發現美洲大陸。

全世界不少傳媒都以頭版新聞刊登了這則消息,可見發現「上帝粒子」的重要意義。根據計劃,此次研究的正式結果將在7月底在學術期刊上發表。屆時,論文作者將是參與了所有兩個實驗項目的科學家,共3000多人,其中,也有100多位亞洲科學家和研究生。

「上帝粒子」是尋求宇宙粒子中的最後未被發現的重粒子。找到了這個粒子的 意義非常重大,因為所有物質都由基本粒子,例如夸克(Quark)、電子等組成,這個「上帝粒子」是所謂「標準模型」(Standard Model)中的一個有質量的粒子,如果最終確定上帝粒子的存在,那麼將證明標准模型的正確性,物理學也將提升到另一個層次。進而促進科學技術的突破。這個發現轟動了全球,具有質量(Mass)的上帝粒子掀開了宇宙奧秘的新領域。實際上目前我們只探討了宇宙百分之四的物質結構以及它們的理論依據,發現了「上帝粒子」將打開宇宙另外96%的新層面。因為我們已經找到最後的具有質量的粒子,在這個基礎上我們繼續去研究宇宙的黑洞、黑體等及未來的物理理論。

物理是自然科學的基礎,無論是化學、物性學、生命科學甚至數學,在很大程度上都要依賴物理學的進展,我們看一看物理學的發展,更能了解發現「上帝粒子」的震撼性意義,首先我們有了牛頓力學,認識了萬有引力,經典力學,然後在19世紀麥斯韋爾(Maxwell)提出電磁相互作用的數學公式,解決了電和磁力的理論,讓人類了解了電和磁的力。到了20世紀,愛因斯坦的相對論以及量子力學理論更推動人類對大自然的深層認識,也改變人類的生活面貌。以上的進展都沒有辦法認識核力(Nuclear Force)以及基本粒子的內部組成及結構。在上世紀約50年代,楊振寧教授和米爾斯 (Mills)提出了楊-米爾斯規範場理論(Yang-Mills Gauge Field),是標准模型的理論基礎,所有的試驗都幾乎證實了標准模型的正確性,也表示楊-米爾斯理論的地位,也即是說楊-米爾斯理論是自然界所有力(除了萬有引力)的理論基礎。「上帝粒子」的發現是標準模型最重要的實驗證明。

有了基礎科學才有技術和工業的突破,人類沒有在實驗上發現電子(Electron), 沒有電磁理論,相對論和量子力學就不可能有今天電子工業和核能工業及其他的廣泛應用,也就不可能進而改變人類生活面貌以及提升經濟效益。

雖然歐洲面對財債問題,到目前為止,歐洲各國已投資50億歐元以上的資金,耗費幾十年的時間來尋找「上帝粒子」,這是值得的。這是對人類文明的一大貢獻。希望亞太國家尤其是中國、印度,也能為人類的文明大規模投資,取得應有的貢獻。新加坡雖然是個小國,但也不要忽略基礎科研的投入。

 

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