一、基本粒子定義的變化

基本粒子指人們認(rèn)知的構(gòu)成物質(zhì)的最小、最基本的單位，隨著物理學(xué)的不斷發(fā)展，人類對物質(zhì)構(gòu)成認(rèn)知的逐漸深入，基本粒子的定義也有所變化，傳統(tǒng)上(20世紀(jì)前、中期)的基本粒子指質(zhì)子、中子、電子、光子和各種介子，這是當(dāng)時人類所能探測到的最小粒子，而現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子、介子都是由更加基本的夸克和膠子構(gòu)成，同時還發(fā)現(xiàn)了性質(zhì)和電子類似的一系列輕子，還有性質(zhì)和光子、膠子類似的一系列規(guī)范玻色子，這些是現(xiàn)代的物理學(xué)所理解的基本粒子，所以目前在粒子物理學(xué)中，標(biāo)準(zhǔn)模型理論認(rèn)為的基本粒子可以分為夸克、輕子、規(guī)范玻色子和希格斯粒子四大類，標(biāo)準(zhǔn)模型理論之外也有理論認(rèn)為可能存在質(zhì)量非常大的超粒子，

二、幾種新粒子

1、新的重基本粒子：J粒子

第一位在諾貝爾獎頒獎典禮上用中文發(fā)表演講的美籍華裔物理學(xué)家丁肇中，作為實(shí)驗物理學(xué)家，1974年他發(fā)現(xiàn)了J粒子，這個發(fā)現(xiàn)，被國際高能物理學(xué)界譽(yù)為物理發(fā)展史上一個重要的里程碑。

雖然人們還在不斷地發(fā)現(xiàn)新的基本粒子，然而，丁肇中發(fā)現(xiàn)的粒子十分獨(dú)特，它不帶電，而且壽命比近些年來相繼發(fā)現(xiàn)的新粒子長1000倍——盡管在常人看來它也極其-“短命”，只能存在10^-20s，這是一種新的重光子，丁肇中把它命名為“J粒子”。

這個發(fā)現(xiàn)震驚了美國科學(xué)界，在物理學(xué)界掀起了軒然大波。使實(shí)驗物理學(xué)家和理論物理學(xué)家都大為驚異，美國麻省理工學(xué)院院長杰米韋森說：“丁肇中教授的研究，為人類開拓了宇宙未知的領(lǐng)域，使基本粒子物理邁進(jìn)了一個新的境界，”美國總統(tǒng)福特還寫信給丁肇中，對他的卓越成就表示祝賀，

2、歐米加b重子

2008年9月10日美國費(fèi)米國家加速器實(shí)驗室的物理學(xué)家在最新的對撞實(shí)驗中發(fā)現(xiàn)一種新型粒子——?dú)W米加b重子，這是迄今為止物理學(xué)界發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量最大的重子。

在對撞實(shí)驗分析中作出主要貢獻(xiàn)的華人科學(xué)家錢劍明在接受新華社記者采訪時說，對撞實(shí)驗發(fā)現(xiàn)的新型粒子，與常見的由第一類夸克(上、下夸克)組成的質(zhì)子和中子不同，它是由2個奇異夸克和1個底夸克組成，這是物理學(xué)界首次發(fā)現(xiàn)由后兩類夸克混合組成的重子，令他們感到十分驚奇。

早年畢業(yè)于中國科技大學(xué)的錢劍明現(xiàn)任教于密歇根大學(xué)物理系，他和來自全球90多個科研機(jī)構(gòu)的600多名物理學(xué)家共同參與了費(fèi)米實(shí)驗室的粒子加速器實(shí)驗，實(shí)驗過程中，質(zhì)子和反質(zhì)子以接近光速迎面碰撞，偶爾會撞出歐米加b重子這樣的重粒子。

“發(fā)現(xiàn)這種粒子，就好比在干草堆里找一根針”，錢劍明這樣形容其難度，他說，他們共分析了約100萬億次的粒子碰撞，才在其中發(fā)現(xiàn)18次歐米加b重子衰變產(chǎn)生的“蹤跡”，這種粒子撞擊產(chǎn)生后，僅能存在一萬億分之一秒，隨即就衰變?yōu)槠渌Ｗ樱?/p>

錢劍明說，這一發(fā)現(xiàn)能幫助科學(xué)家更好地理解宇宙間的物質(zhì)是如何形成的，“這種新粒子可算是質(zhì)子的另類‘親戚’，這樣的重子現(xiàn)在可能很罕見，但科學(xué)家們相信，在宇宙大爆炸之后它在宇宙空間是極其豐富的”，錢劍明認(rèn)為，發(fā)現(xiàn)這種新粒子也證實(shí)，物理學(xué)中的夸克模型是成功的，“使我們對粒子之間的強(qiáng)相互作用有了新的認(rèn)識，正是強(qiáng)相互作用把夸克綁在一起，形成了宇宙間的可見物質(zhì)”。

3、粒子物理學(xué)的“圣杯”——“上帝粒子”(希格斯玻色子)

人們早已發(fā)現(xiàn)，自然界中物體之間千差萬別的相互作用，可以簡單劃分為四種力，即引力、電磁力、維持原子核的強(qiáng)作用力和產(chǎn)生放射衰變的弱作用力，在愛因斯坦的相對論解決了重力問題后，人們開始嘗試建立一個統(tǒng)一的模型，以期解釋通過后三種力相互作用的所有粒子。

經(jīng)過長期研究和探索，科學(xué)家們建立起被稱為“標(biāo)準(zhǔn)模型”的粒子物理學(xué)理論，它把基本粒子(構(gòu)成物質(zhì)的亞原子結(jié)構(gòu))分成三大類：夸克、輕子與玻色子，“標(biāo)準(zhǔn)模型”的出現(xiàn)，使得各種粒子如萬鳥歸林般擁有了一個共同的“家園”，但是這一“家園”有個致命缺陷，那就是該模型無法解釋物質(zhì)質(zhì)量的來源。

為了修補(bǔ)上述理論大廈的缺陷，英國科學(xué)家彼得·希格斯提出了希格斯場的存在，并進(jìn)而預(yù)言了希格斯玻色子的存在，假設(shè)的希格斯玻色子是物質(zhì)的質(zhì)量之源，是電子和夸克等形成質(zhì)量的基礎(chǔ)，其他粒子在希格斯玻色子構(gòu)成的“海洋”中游弋，受其作用而產(chǎn)生慣性，最終才有了質(zhì)量，爾后所有的粒子在除引力外的另三種力的框架中相互作用，統(tǒng)一于“標(biāo)準(zhǔn)模型”之下，構(gòu)筑成大千世界。

“標(biāo)準(zhǔn)模型”預(yù)言了62種基本粒子的存在，這些粒子基本都已被實(shí)驗所證實(shí)，而希格斯玻色子是最后一種未被發(fā)現(xiàn)的基本粒子，因此，尋找該粒子，被比喻為尋找粒子物理學(xué)領(lǐng)域的“圣杯”，這個愿望可能很快就要實(shí)現(xiàn)。

我們很難想像在現(xiàn)實(shí)世界里，會看到這樣一個龐然大物，長27km，深埋在法國瑞士邊境地下100m的深處，這就是歐洲研究組織的大型強(qiáng)子對撞器(LHC)，這個大型強(qiáng)子對撞器從構(gòu)想到建成，已經(jīng)歷時近20年，耗費(fèi)資金超過80億美元，吸引了來自全球80多個國家的近5000名科學(xué)家參與其中，2008年9月10日15點(diǎn)30分，這個對撞器上演了微縮版的“宇宙大爆炸”，重現(xiàn)了宇宙誕生時的形態(tài)，這個史上規(guī)模最大的科學(xué)計劃，使人類進(jìn)入了物理學(xué)的全新領(lǐng)域，開啟了重大物理學(xué)發(fā)現(xiàn)的一個新黃金時代。

在這個大型的強(qiáng)子對撞器內(nèi)部，有一條長達(dá)27km的圓形隧道，在這里科學(xué)家們會將質(zhì)子和離子加速至接近光速，然后使它們相撞，從而模擬出宇宙大爆炸后一萬億分之一秒內(nèi)的能量和條件，緊接著科學(xué)家們會對撞擊所產(chǎn)生的殘骸物進(jìn)行細(xì)致的分析，以此來探求物質(zhì)本質(zhì)的線索，以及自然中新的力量和平衡，最終達(dá)到揭示宇宙起源，尋找“上帝粒子”——希格斯玻色子的目的。

但在LHC啟動之前引發(fā)了媒體報道熱潮和所謂“民科”們的強(qiáng)烈反對，反對的原因之一是LHC會產(chǎn)生微型黑洞，黑洞一旦產(chǎn)生會吸收附近的物質(zhì)，越長越大，最終吞噬地球，各種莫名其妙的擔(dān)心都有，有人認(rèn)為世界末日在LHC啟動的時候立刻來臨，還有人經(jīng)過“計算”告訴我們黑洞會在四年之內(nèi)蠶食盡地球，另一些人認(rèn)為高能碰撞可能會改變真空，觸發(fā)某種不穩(wěn)定從而導(dǎo)致災(zāi)難等等。