【紀元專訪】追尋使我們有重量的 Higgs 粒子

-J粒子膠子及HIGGS粒子的發現在近代物理學上的重要地位

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諾貝爾獎得主丁肇中領導的物理研究組,及威斯康辛大學教授吳秀蘭所在的研究小組,近期分別在物理學通訊(Physics Letter)上發表了兩篇關于尋找近代物理學上非常重要的 Higgs 粒子的論文,并分別在各個著名大學進行演講。

由于J粒子家族的特性,使得大多數科學家們都公認,宇宙万物都是有六种夸克与六种輕子所构成。J粒子,就是由第四种正負夸克构成。夸克間作用力的媒介物就是膠子。這些夸克与輕子都需要与一個HIGGS粒子來作用才能產生他們的質量,所以HIGGS粒子是現代科學的核心。

麻省理工學院教授、理論物理學家鄭洪在談到 Higgs 粒子時指出:Higgs 由于其神秘和難以捕捉的特性,使越來越多的人,開始怀疑它的存在。但是,如果這一粒子不存在,關于重量就會產生一系列的問題。在這一理論問題的研究上,到目前為止,已經有三位物理學家獲得了諾貝爾獎。在 Higgs 研究問題上,誰能夠系統闡述或是証明它的存在,誰就有可能獲得諾貝爾獎。吳秀蘭女士,剛剛結束歐洲核子能實驗室尋找 Higgs 的研究返回美國,她找到了三個關于 Higgs 的事件。

當年首先發現J 粒子信號的陳敏教授指出:Higgs是近代物理學標准模式上唯一一個沒有找到的粒子,它的重要性在于使其他粒子(電子、質子等)具有重量。据理論推演,如 Higgs不存在,或類似的物質不存在,任何物質均應無重量,因此物理學上 Higgs 的發現,是非常重要的。因此對它的研究、發現,必需非常謹慎。陳敏教授提到他在一九七四年首次發現 J 粒子時有五十個事件而只有一個噪音。

諾貝爾獎獲得者丁肇中在接受本報記者的電話采訪中指出:「歐洲核子能試驗中心一共有四個小組進行這一試驗,其中包括我所在的試驗小組,和吳秀蘭所在的試驗小組,經過研究試驗,我們兩個小組發現了 Higgs 事件,另外兩個小組沒有事件。因此我們怀疑,我們的發現可能不是真正的 Higgs 粒子。 從統計學的角度來看,我們的研究結果,不能百分之百地肯定正确。如果正确,我們四個小組的儀器設備几乎沒有太大差別,為什么另外兩個小組的試驗結果,什么也沒有找到,這是我們怀疑的一個重要原因」。在談到 Higgs 物質的噪音時,丁肇中指出,「不能肯定」,在談到噪音產生類似的 Higgs 事件的或然率時,丁肇中教授表示,「很難說。」

隨后吳秀蘭就其在歐洲核子能試驗中心從事 Higgs 粒子尋找的過程以及研究成果向紐約哥倫比亞大學物理系的專家及學者就做了詳盡的說明,并接受了本報記者的訪問及錄音。談話就從最新的發現 -Higgs 事件開始。

李:您能肯定您發現了 Higgs 粒子么?
吳: 相當肯定。
李:您有多大的把握您已經發現了 Higgs 粒子?
吳:有相當大的把握。
李:那么您此次在哥倫比亞大學演講的主要內容是什么?
吳:主要是介紹我們尋找 Higgs 粒子的實驗過程。
李:您是從什么時候開始這項研究的。
吳:我開始這個研究已經二十年了。我是從一九八O年開始准備這項研究工作的,一九八三年開始做如何尋找 Higgs 粒子的模擬試驗,一九八九年開始實驗。
李:据了解,在現代物理學上,Higgs 粒子是非常重要的,据理論推演,如 Higgs 不存在,或類似的物質不存在,任何物質均應無重量,是這樣嗎?
吳:是這樣。
李:您可以簡單介紹一下 Higgs 粒子的情況嗎?
吳:我們一共有四個試驗組,一個是我的這個小組,一個是丁肇中博士領導的小組。我們的試驗小組發現了三個 Higgs Events(事件),其中一個是七月發現,二個是八月發現的。丁教授領導的小組十月十六日發現了一個 Higgs 事件。另外兩個組沒有任何發現。
李:您可以确定您找到了 Higgs 粒子嗎?你所看到的三個事件(Events) ,都是四噴注事件,他們會不會不是 Higgs 事件, 而是四個噴注互相混淆而造成的假象?類似這樣的背景有多大?是背景的可能率有多大?
吳:我相當肯定找到了 Higgs 粒子。在標准模式(Standard Model)理論下,Higgs 粒子的性能是很明确的,而且我們計算出它的質量等于115GeV。
李:据我所知,歐洲核子能試驗中心的尋找 Higgs 粒子的正負電子對撞机LEP,已經關閉,為什么關閉?是不是 LEP 負責人對這個研究沒有信心了? 既然您相當肯定已經找到了 Higgs 粒子,為什么不繼續進行這個試驗?
吳:這個研究室本來就要關閉,是為了進行另外的試驗,并不是沒有信心。因為我們已經發現了三個 Higgs 事件,我們希望有更多 Higgs 事件出現,所以我們提出延長兩個月。研究所只答應延長一個月。研究室計划在十月初關閉,這樣延長到十一月。丁教授的 Higgs 事件,就是在延長的這個月發現的。
李:在延長的這個月,您的試驗組有什么新的發現?又得到了什么新的 Higgs 事件?

吳:沒有新的事件。還是原來有的三個事件,經過更精确的分析后,性質不變,這使我們很興奮,也很受鼓舞。我們希望能夠延長實驗時間,能夠收集更多的數据(Data),來証明我們的發現。
李:但是,您沒有能夠重复証明您的發現!您能夠确定您的發現是 Higgs嗎?
吳:相當肯定。我相信 Higgs 粒子的存在,因為標准模式(Standard Model)這個理論非常成功。所以我們希望有更多的實驗,提供更多的數据,証明我們的研究成果。
李:LEP是什么時候關閉的?
吳:十一月八日決定關閉,大約十一月十七日正式關閉,但是我進入了另一個實驗室,即 LHC(Large Hadron Collider 大型強子對撞机),繼續我的實驗。
李:丁肇中博士進入這個實驗室了嗎?
吳:他沒有進入這個實驗室。
李:新的實驗從什么時候開始?
吳:新的實驗,從二OO五年開始,大約二OO七年,才能看到 Higgs。美國為 LHC投入了五億美元。
李:您從什么時候開始從事物理研究的?您還有什么其他的成就?
吳:我一生希望有三個重要的發現,現在我已經有兩個半了。一個是 J 粒子,一個是膠子,還有半個是 Higgs。

記者此前曾与多位研究人員深入面談,(有關報導刊登在六月二十二的《台灣日報》)知道發現 J 粒子最大的貢獻首先在于哈佛大學吳大俊教授建議用質子与質子碰擊,在很大的噪音中去產生新粒子,然后是陳敏教授在七O年改用質子与七個鋇靶碰擊去減低噪音,又設計雙臂垂直質普儀,去精密測定新粒子的質量。此質普儀后來被 Lederman 在 Fnal 所仿造而發現第五种夸克家族。此后陳教授又設計了Cherenkov 及鉛玻璃矩陣去分辨電子及大量噪音。丁教授作為實驗領導者,運籌帷幄,百折不撓,終于完成實驗。最后陳敏教授將噪音去除,首次顯示出 J 粒子的高峰,他教導了羅茲博士,使得其他組員也能看到 J 粒子的高峰。所以記者問到:你七四年十月底在J粒子發現后,才由歐洲回來參加這個實驗的資料收集,您對 J 粒子發現有什么具体的貢獻?
吳:我從七二年開始到七五年和丁肇中一起做 J 粒子的研究…(以下應吳大峻要求刪除)。
李:你在七九年夏天曾在德國電子加速器實驗室公開演講,說你找到几個球形的事件,是第六种夸克的証据。后來這些事件變成三噴注事件,不是這樣嗎?
吳:沒有呀,你是如何知道的?
李:當時一百多位中國、日本及歐美的科學家在場,有口皆碑。

記者此前也曾就膠子發現采訪過當年的參与者。一九七九年吳秀蘭教授的數十個平面事件、及几個類似三噴注事件,与丁肇中、陳敏教授同時發表的几百個三噴注事件,可以說是异曲同工,相輔相成,他們三位理應共享發現膠子的成果。吳教授于一九九五年獲得歐洲物理學獎,丁肇中教授的小組也獲得類似的物理學獎。

總之,作為女性,吳秀蘭以堅韌的毅力,跋涉在物理學研究漫漫長途,几十年如一日。對此吳秀蘭表示:以前在香港讀書時,很崇拜居里夫人,希望自己也能向居里夫人那樣對科學研究有所貢獻。不過在科學研究上,我很幸運。我希望二OO七年,能夠有很多新的物質發現。因為新的儀器,能量很大,所以我相信二OO七、二OO八年是一個很重要的時刻。

期望不久的將來,科學家們能有更多的數据來進一步闡明,這個使我們有重量的 Higgs粒
子的特性。

(原載 大紀元時報 No. 286 Issue, Feb.12~18, 2001)


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