追寻宇宙之谜 中日谁将能最先量产上帝粒子？

凡人

中日谁将最先量产“上帝粒子”？

      使万物产生质量的“希格斯玻色子”（Higgs boson，俗称“上帝粒子”）曾是获得2013年诺贝尔物理学奖科学家研究的对象。可以大量制造出这种基本粒子、用以揭开宇宙和物理学之谜的研究设施“希格斯粒子工厂”（Higgs Factory）正在受到关注。虽然讨论在日本建设的“国际直线对撞机（ILC）”在计划上领先一步，但如今因资金问题而面临难局。一方面，中国等推进的新建设计划正显示出后来居上之势。
     

中日谁将最先量产“上帝粒子”？

大量制造希格斯玻色子、追寻宇宙之谜（国际直线对撞机的完成效果图，Rey．Hori／KEK）
        
      “我们在最优先建设希格斯粒子工厂一事上达成一致”，由世界主要加速器研究机构的代表参加的国际未来加速器委员会（ICFA）主席杰弗里·泰勒（Geoffrey Taylor）于3月7日在东京召开记者会时如此表示。
  
　   希格斯玻色子的存在于1964年在理论上被预言，2012年通过位于欧洲原子能研究机构（CERN）的巨大环形加速器“大型强子对撞机（LHC）”的实验得到确认。不过在LHC的实验中，无法大量制造，仍不十分清楚详细性质。在此背景下，相关人士讨论建设被称为希格斯粒子工厂的加速器设施，以此大量制造希格斯玻色子并详细展开调查。

　   而作为希格斯粒子工厂的代表性计划之一就是讨论通过国际合作在日本建设国际直线对撞机（ILC）。该计划将以长约20公里的直线状加速器，从两端分别发射电子、以及带有与电子相反的正电荷的正电子。使两者以接近光速的速度碰撞。也就是通过属于基本粒子的电子和正电子相撞，使之发生反应，大量产生希格斯玻色子。

　   首次观测到希格斯玻色子的LHC使2个质子加速并正面碰撞。不过，质子由多个基本粒子组合而成，即使发生碰撞，发生形成希格斯玻色子的反应的次数也很少。由于不同种类的反应同时发生，难以仅对希格斯玻色子发生的反应进行详细观测。

　   东京大学特别教授村山齐将质子比喻为大福饼（包有红豆馅等的日式糯米团子），而将电子比喻为红豆，形容称“如果使大福饼相撞，周围的馅也将一起飞散，无法详细了解其中红豆相撞的情形。而电子则是让红豆本身相互碰撞，能更清楚地看到发生了什么”。

　   全世界的物理学家之所以重视希格斯粒子工厂，是因为一般认为希格斯玻色子掌握着弄清宇宙如何形成和将来如何变化的钥匙。

　   根据现在的物理学的标准理论，希格斯玻色子只有1种，但人类也得知，如果希格斯玻色子的性质与理论预测一致，宇宙将变得不稳定。这样一来，颠覆此前的常识、若干宇宙并行存在的“多重宇宙理论”正确这一可能性将提高。

　   但是，如果被视为能取代标准理论的强有力候选的“超对称性理论”是正确的话，则需要5种希格斯玻色子。除此以外，还存在可以想象超越空间和时间的第5个维度存在的可能性等各种宇宙模型。如果弄清希格斯玻色子的详细性质，就有助于判断其中哪一种理论是正确的。
   
　   不过，世界物理学家携手推进设计和开发的ILC计划目前面临难局。围绕被认为整体达到8千亿日元（约合人民币479亿元）的建设费的承担问题，在作为建设候选地的日本国内存在反对的声音，仍未拿出开工建设的时间表。3月，日本文部科学省提出看法称“将带着关注继续推进国际意见交换”，但并未发展到积极表示承接该建设项目。

　   在ILC计划陷入停滞的背景下，正在浮出水面的构想是中国的光子工厂（Photon Factory），即大型环形正负电子对撞机（CEPC）。虽然使电子和正电子相撞这一点相同，但与直线状的ILC不同的是，其将采用与LHC同样的环形。这将是一周约为100公里、相当于LHC（27公里）的约4倍的巨大加速器。

　   ILC设想2026年前后开工建设，2030年代投入运行，而CEPC则力争2035年前后投入运行。除了ILC和CEPC以外，欧洲也具有建造希格斯粒子工厂的构想，但即使实现，投入运行也要等到2050年前后这一非常遥远的将来。如果ILC的建设不断推迟，CEPC比其更早投入运行的可能性也将出现。

　   “今后20～30年的物理学的核心无疑将是希格斯玻色子”，一直推动日本主导ILC建造的东京大学特任教授山下了如此表示。最初投入运行的希格斯粒子工厂领跑今后的物理学研究的可能性很高。正因为尖端物理学还是技术创新的源泉，所以希格斯粒子工厂最初将在哪里投入运行正受到关注。

日经中文网