哲学视角下的上帝粒子、“幽灵粒子”

 1.作为基本粒子的上帝粒子和“幽灵粒子”

上帝粒子和“幽灵粒子”其实是构成物质的基本粒子。从物理学角度看,物质是由分子组成,而分子又由原子构成。原子Atom这个词语,原意是不可再分的东西,最初是由哲学家德谟克里特和留基伯提出来概念;现代意义上的原子概念由道尔顿于1803年提出(他主张:元素由不可分割的原子组成,并且不同元素的原子质量不同,这为研究化学反应提供了研究的基础)。这种概念主导了大约2370年,直到电子和原子核的发现,才打破了原子不可分的观念。

经过科学界的研究和推荐,人们发现,原子本身由质子、中子和电子组成,而质子和中子则由夸克构成。除此之外,人们还研究了宇宙间基本的相互作用力,包括引力、电磁力、强力和弱力等。

根据最新物理学研究的标准模型可知,构成宇宙物质的基本要素包括17种粒子(不考虑反粒子、以及暗物质和暗能量等尚未统一的部分),包括夸克、轻子和规范玻色子。其中夸克又分为6种:上、下、奇、魅、底、顶夸克;轻子分为:电子、μ子、τ子及其对应的中微子;规范玻色子分为:包括光子、W/Z玻色子、胶子和希格斯玻色子。

基本粒子模型


上帝粒子对应的真实学名希格斯玻色子(或希格斯粒子、希子)。上帝粒子(God particle),原名“该死的粒子”(Goddamn particle),由另一名诺贝尔物理学奖获得者莱昂·莱德曼(Leon Lederman)在其著作《上帝粒子:如果宇宙是答案,那么问题是什么?》(The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?)提出。但著作出版商将“Goddamn particle”改成了“God particle”,于是希格斯玻色子就有了上帝粒子(God particle)这个外号。而实际上,这个名字起得并非莫名其妙,其关联的希格斯机制等理论解释了希格斯粒子获得质量的机制。希格斯认为,希格斯玻色子是由希格斯量子场的量子激发所产生,没有希格斯量子场的作用,粒子就不会获得质量。

“幽灵粒子”真实学名为中微子。在我们宇宙中,中微子几乎无处不在,大约每立方厘米就有300个中微子。这些中微子质量非常小(小于电子质量的百万分之一,曾经被认为没有质量),不带电,以接近光速运动,极难与物质相互作用,不受引力影响,能够穿越大多数物质,极难被观察到;故此被人称为“幽灵粒子”。

2.全球中微子研究现状

希格斯粒子(上帝粒子)已于2012年由欧洲核子研究组织(CERN)实验发现,但仍有许多与希格斯粒子相关的问题值得研究和深入,如希格斯粒子的质量及其与暗物质、暗能量之间的关联问题。

而目前,中微子的研究,正如火如荼地进行。目前中微子领域的研究,已经获得了4个诺贝尔奖了,包括前面提到的希格斯(与方司瓦•盎格列François Englert一同)获得2013年的诺贝尔物理学奖。

从实验室建设方面来看,目前已经建成或即将建成、使用的大型实验室,包括中国江门中微子实验室JUNO美国DUNE实验室日本超级神冈Super-Kamiokande实验室意大利利格兰萨索国家实验室(Gran Sasso National Laboratory)加拿大萨德伯里中微子观测站实验室。其中,江门中微子实验室将于明年8月正式采集数据,观察和研究“幽灵粒子”中微子;期待中微子研究能够有所突破。

从中微子研究方面看,人们从深度和广度上都开始前行。中微子振荡现象是发现中微子存在的关键。目前在中微子振荡现象被发现之后,人们已经发现了至少三种中微子振荡模式。与此同时,中微子暂时分为电子中微子、缪子(muon)中微子和陶(tau)中微子;根据来源,又可以分为大气中微子、太阳中微子、超新星中微子、地球中微子、宇宙中微子等等。

3.敬畏星空

然而,面对宇宙和自然界,我们更应该加以敬畏。正如康德所言,他越思考越觉得值得敬畏的东西,不仅包括心中的道德律,还包括头上的星空。


宇宙成分分布 暗能量 (68.0%) 暗物质 (26.8%) 普通物质 (4.9%) 辐射 (0.01%) 可见:我们仅能直接观测极小部分宇宙成分 相对于浩瀚的宇宙而言,中微子研究只是我们认识物质的起步阶段。对于我们的宇宙,根据普朗克卫星的最新观测结果可知,物质和能量占宇宙的4.9%,而暗能量占宇宙的68%,暗物质占宇宙的26.8%。人们不仅对宇宙的4.9%知之较少,对于宇宙的94.8%的暗物质、暗能量更是几无所知。其中,对于暗物质、暗能量的存在及其在宇宙整体中的占比,也只是处于理性的、科学的猜想或推理阶段,还没有直接证据证明它们的存在及其存在的大小:天文学和宇宙学的许多观测结果,特别是星系旋转曲线、引力透镜效应、宇宙微波背景辐射、超新星的加速膨胀等,都提供了非常强有力的间接证据,表明暗物质和暗能量在宇宙中的存在。


补充帖子: 江门中微子实验室即将竣工,明年8月开始捕获宇宙“幽灵粒子”


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