追尋希格斯玻子的競賽

追尋希格斯玻子的競賽
知識通訊評論第53期

歐洲和美國的兩個高能物理實驗室，為找尋破解質量之謎的希格斯玻子，正展開激烈的競賽。

伊利諾州巴他維亞費米實驗室Tevatron粒子碰撞實驗室科學家新年拿到大禮，他們偵測到另一個次原子粒子，W玻子的質量，這個發現將希格斯玻子預期的重量又拉低了些，低到可能被Tevatron找到。

同時，比Tevatron功能更強，位於瑞士日內瓦的歐洲粒子物理研究中心的LHC (大型強子對撞器)，已在最後組裝階段，如果希格斯玻子確實存在，LHC應可找得它，但是Tevatron如果運氣夠好，也有機會先著一鞭，因此兩組人馬無不卯足勁力拚。藍卡斯特說：「我們已排除一切障礙。」他是參與費米實驗室加速器實驗計畫（CDF）正反質子對撞實驗的七百位科學家之一。

CERN參與LHC實驗之一的發言人維爾第(Jim Virdee)說：「我們感受到競爭態勢，加速器會準時完工，以確保實驗可順利進行。」LHC地下隧道中質譜儀的所有巨大元件都已到位。

在當前粒子物理解釋物質粒子和作用力的標準模型理論中，希格斯玻子是其中失落的一塊。如果標準模型理論延伸發展，而沒有希格斯玻子的存在，會使問題變得更加複雜，因此物理學家希望能把它找出來。

希格斯玻子的質量，在二○○四年被認定為二五○ GeV（兩千五百電子伏），而Tevatron粒子加速器可以測到粒子的質量上限為一七○ GeV，如今希格斯粒子的質量比原先認定的為低，因此就有機會被Tevatron找到。

希格斯玻子質量的認定，是基於其他粒子的質量，如頂夸克或W玻子，這些粒子質量的最新測量，將希格斯玻子的質量上限拉低，今年元月八日CDF測出W玻子最新而且更精確的的質量為八○點四一三 GeV。

希格斯玻子質量的預測因此由原來的一六六 GeV降至一五三 GeV，已接近預測值的上限，CERN的LEP（大型正負電子對撞機）在西元二○○○年關閉之前，測到的質量為一一四點四 GeV，兩者間的差距尚待科學家釐清。

同一時間，Tevatron也增強了機器探測重量的功能，雖然這段時間因經費困難，實驗曾暫時中斷，但情況還算樂觀；「我們仍有三年時間的優勢。」蘭卡斯特說，雖然LHC可於今年十一月熱機試運轉，可是在二○○八年春天之前，難以產生有效資料，而Tevatron則可一路運轉到二○○九年。

諷刺的是，雖然LEP因為要騰出位置給LHC而關閉，卻在關機前看到希格斯玻子質量約為一一五 GeV跡象，這使CERN的物理學家大嘆失之交臂；可是Tevatron卻也未能得到足夠數據來排除有那樣一個質量的粒子；如果未來數月未出現重大突破，LEP魅影就得閃到一旁，藍卡斯特說：「在LHC正式運行之前，我們將可排除LEP所顯示出的希格斯玻子跡象。」

[註]  更多資訊請參考知識通訊評論第53期