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  欧洲核子研究中心的科学家准备让世界最大的粒子加速器大型强子对撞机(LHC)额外多运行一年,持续工作至2012年年底再关闭休整。他们相信,在这段时间里,LHC定能再接再厉,不负众望地找到希格斯粒子(或称希格斯玻色子),也就是传说中赋予其他粒子质量的“上帝粒子”。

  按照原定计划,位于瑞士日内瓦边境地底长达27公里遂道内的LHC将于2011年结束本阶段的工作,然后进入长达一年休整期,对各项设备进行重大升级。如果新计划获得通过并实施,LHC的持续运行时间就将超过3年。据英国《自然》杂志网站 12月10日报道,目前围绕延期计划的一系列准备工作正处于最后的完善阶段,欧核中心管理委员会很可能于明年1月表决同意。

  科学家们认为,LHC找到希格斯玻色子指日可待,这一重大发现可能“就在拐角处”。负责加速器维修和升级改造工作的史蒂夫迈尔斯说:“就此停止将是一件令人惋惜的事。”

  探寻希格斯玻色子之旅前景乐观

  LHC的重要任务之一就是寻找希格斯玻色子。科学家们长期以来有个疑问,为什么有些粒子如质子比较重,而另一些粒子如光子比较轻?上世纪60年代英国物理学家彼得希格斯大胆预测,存在一个希格斯场和希格斯玻色子。这种从理论上假定的希格斯玻色子是物质的质量之源,是电子和夸克等形成质量的基础。该机制被看作是粒子物理“标准模型”的必要延伸。

  起初有人怀疑,就目前的运行能量而言,LHC是否能找到希格斯玻色子。自从2008年发生氦泄漏重大事故后,经过维修再次开机的LHC一直按照其设计能量的一半在工作。欧核中心工作人员原计划从2012年开始让LHC停止运行15个月,其间采集数据,以便让对撞机提升至最高能量状态(14万亿电子伏特)满负荷运转。

  但现在,越来越多的科学家达成共识认为,即使不升级,LHC也已经在标准希格斯粒子可能存在的大部分范围内布下了罗网。欧核中心主管研究和计算的塞尔吉奥贝托鲁奇表示,大多数物理学家的理想猜测是,希格斯粒子的质量介于114吉电子伏特到 600吉电子伏特之间(1吉电子伏特=10亿电子伏特)。质量将决定希格斯粒子如何衰减,也决定了它能否被轻而易举地探测到。

  贝托鲁奇说,质量较重的希格斯粒子或许更容易被发现。这是因为较重的希格斯粒子很可能会衰变成两种稀有的重粒子,即所谓的W玻色子和Z玻色子。而在LHC碰撞实验所产生的粒子中,W玻色子对或Z玻色子对相较于其他粒子来说更加“鹤立鸡群”,容易辨别。如果希格斯粒子质量较轻的话,其留下的“签名”就会融入到背景中,使探测难度增大,而物理学家也需要将好几个月的碰撞数据集中到一起并从中过滤出有用信息。

  尽管面临挑战,但贝托鲁奇对于LHC的监控面已经能够覆盖希格斯粒子出没之处的大部分区域表示“非常乐观”。2008年事故之后,这台机器的表现格外出色,他认为,对撞机具备在2011年至2012年运转期内提交大批所需数据的能力。此外,他说,LHC管理方认为,他们能够将粒子对撞能量从目前的7万亿电子伏特提升至8万亿电子伏特。

  延期计划获相关科学家支持

  LHC运转期延长一年的计划获得了该项目中负责探测希格斯粒子的物理学家的支持。

  “我个人认为,我们应该亮出底牌。”ATLAS(超环面仪器,主要设计用来捕捉难以捉摸的“上帝粒子”的两台大型探测器之一)工作组的物理学家大卫弗朗西斯说。

  “实验进行得很顺利,加速器也表现良好。”美国加州大学圣巴巴拉分校物理学家、CMS(紧凑缪子线圈,另一台寻找希格斯粒子的探测器)副发言人乔因坎德拉补充说,“我们真的应该再加把劲,推动项目直到我们可以获得有意义的数据来开展大量物理学工作。”

  贝托鲁奇说,延长LHC的运行期也是出于政治考虑所作出的决定。世界第二大加速器——美国费米实验室的Tevatron加速器一直紧随在后,如果Tevatron加速器继续前进的话,就有可能在这场寻找希格斯粒子的竞争中击败LHC。此外,欧洲在高能物理领域的计划,以及一项新一代直线对撞机的全球计划,在未来几年内面临着重大决策,而LHC的实验成果对这些计划的影响非比寻常。

  但让LHC延期工作一年也相应地会带来诸多问题。迈尔斯说,对撞机上超导磁铁的精确校准可能会存在问题,需要进行额外的维护,同时还要增加计算能力来处理探测器实验所得的海量数据。

  尽管管理部门毫不讳言所面临的这些困难,但贝托鲁奇表示,参与实验的3000名科学家希望延长LHC运行的动力也非常大。

  这项决定将于明年1月底在法国举行的会议上进行讨论,之后应该很快就能一锤定音了。

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