http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2013-03-22
这张全天地图展示的是宇宙中最古老的光芒，这是迄今我们能够获得的最好分辨率结果。图像根据普朗克探测器数据制作
这张全天地图展示的是从地球到可观测宇宙边缘之间的物质分布情况。物质较少的区域颜色较浅，反之，物质较多的区域颜色更深一些
普朗克空间望远镜对宇宙中最古老的光芒——大爆炸的余晖，宇宙微波背景辐射进行了迄今精确度最高的观测
正在宇宙中工作的欧洲空间局普朗克空间望远镜
新浪科技讯 北京时间3月22日消息，据美国宇航局官方网站报道，普朗克空间望远镜近日发布了其最新数据及分析结果，绘制出了迄今最精确的宇宙图景，进一步改进了我们对宇宙年龄，组成及起源的认识。
普朗克空间望远镜项目由欧洲空间局(ESA)实施，美国宇航局对这一项目提供了技术支持。来自欧洲，美国和加拿大的科学家们共同组成科学组对普朗克项目的数据进行了分析。
根据此次最新的数据分析结果，宇宙的膨胀速度要比科学家们原先设想的更慢，而其年龄则比原先的计算结果更古老，达到138亿年，这比此前的137亿年提前了大约1亿年。数据分析结果还显示宇宙中的暗能量比原先认为的更少，但是暗物质的量则更高一些。暗物质是一种无法被观测到，只能依靠对其引力作用的探测来获知其存在的神秘物质，而暗能量则更加诡异，它正试图撕裂宇宙。到目前为止，物理学家们对于这两种现象的本质仍旧一无所知。
乔伊·塞奇拉(Joan Centrella)是普朗克项目科学组成员，来自美国宇航局总部。他说：“全世界的天文学家们一直以来都翘首以盼，希望获得这份宇宙地图。这些测量数据对于多个科学领域的研究工作以及未来的空间探测都至关重要。对于能在这样一个历史性的项目中与欧洲空间局开展合作，我们感到非常荣幸。”
我们的宇宙中充斥着宇宙微波背景辐射(CMB)，这是来自宇宙最早期的古老光线，它们在穿越数十亿年时空之后被我们观测到。此次公布的分析结果是根据普朗克空间望远镜在其最初的15.5个月中获得的探测数据制作的。其观测结果发现在宇宙微波背景辐射中存在轻微的震荡现象。这些早期的细小不均匀性可能正是后来形成我们今天所见星系以及星系团结构的早期雏形。
查尔斯·劳伦斯(Charles Lawrence)也是一位参与普朗克项目的美方科学家，来自喷气推进实验室。他说：“当这些古老的光线穿越广袤空间抵达我们这里，一路上空间中的物质都会对其产生影响。普朗克空间望远镜不仅可以揭示最早期宇宙的景象，还有其中包含的物质，包括遍布宇宙的暗物质。”
科学家们此前已经设计出了一个可以用来描述整个宇宙年龄，组成和其它基本参数的模型，即所谓“宇宙学标准模型”。而此次普朗克空间望远镜获得的数据将帮助改进和完善这一模型的精度。与此同时，科学家们也发现了一些有趣的，似乎不符合目前标准模型预期的新现象。举例来说，标准模型认为宇宙应当是各向同性的，但是探测结果显示天空的两个方向上的光的模式存在差异性。
詹尼·图波尔(Jan Tauber)是一位来自荷兰的欧洲空间局普朗克项目科学家。他说：“一方面，我们拥有一个与现有观测结果吻合度非常好的模型；但在另一方面我们也观测到了一些奇特的出乎意料的新现象，这促使我们回头去重新思考一些最基本的假设。这是一场新旅程的开端，我们希望借助我们对普朗克项目数据的进一步分析将会最终揭开这个谜团。”
此次普朗克探测器的数据分析结果也对暴涨理论进行了验证。暴涨理论认为宇宙在其诞生之后曾经经历一次集聚的膨胀期。在远比眨一次眼更短得多的时间内，宇宙的体积膨胀了至少10的78次方。根据此次最新的分析结果，物质似乎是在宇宙中随机分布的，这显示随机过程可能在极早期宇宙量子层面上发挥了作用。这一结果让科学家们得以排除很多复杂的暴涨理论，留下那些相对显得简单的理论作为备选。劳伦斯表示：“在天空中大片区域中隐藏的结构能告诉我们在宇宙初生之时极小尺度上宇宙中发生了什么。”
普朗克空间望远镜于2009年发射升空，在那之后便一直在对整个天空进行巡视观测，测量宇宙微波背景辐射，这被认为是宇宙诞生时大爆炸留下的余晖。这一余晖让科学家们得以一窥宇宙在大爆炸之后大约37万年左右时的情景。在这一时期之前宇宙中已经有了光，但它们都被困在高温等离子体“迷雾”之中，随着宇宙膨胀降温，光子第一次被解放——宇宙变得“透明”了。
宇宙微波背景辐射在整个天空中基本呈现各向同性，然而仍然存在一些微小的差异。这些细微差异是由宇宙诞生之初的量子涨落引发的差异性的遗迹。这些遗迹在普朗克探测器获得的宇宙地图上表现为一些“斑点”，这正是宇宙中物质生长的“种子”，并最终形成恒星和星系。在此之前，科学家们通过气球和卫星搭载的设备已经开展了大量的有关研究，其中包括美国宇航局的威尔金森各向异性探测器(WMAP)以及宇宙背景探测器(COBE)，这些项目的研究成果荣获了2006年的诺贝尔物理学奖。
普朗克探测器是这些探测项目的后继者，其探测范围覆盖了更广的光谱波段，拥有更高的灵敏度和分辨率。卡兹托夫·戈尔斯基(Krzysztof Gorski)是来自喷气推进实验室的普朗克项目科学家，他表示：“普朗克望远镜就像是宇宙微波背景研究领域的法拉利。你不断改进技术以便获得更精确的测量结果。对于一辆好车来说，这可能意味着更快的速度和获得更多的赛车比赛冠军。但是对于普朗克望远镜而言，它所提供的是天文学家们渴求的宝藏，它加深了我们对于宇宙本质与历史的认识。”
根据此次普朗克空间望远镜的测量结果，描述宇宙膨胀速率的哈勃常数是67.15±1.2km/s/Mpc，此处“Mpc”即百万秒差距，这是一个距离单位，大约相当于300万光年。这一数据比原先由美国宇航局斯皮策和哈勃等空间望远镜采用不同技术测出的数据要稍小一些。最新测量结果还显示宇宙中暗物质的占比约为26.8%，而原先的估计值是24%；最新结果显示宇宙中暗能量的占比约为68.3%，而原先的估计值是71.4%；相应的，宇宙中正常物质的占比由原先认为的大约4.6%上升到了大约4.9%。预计根据更多数据给出的进一步分析结果将于2014年发布。(晨风)
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上帝粒子发现六大影响：宇宙或数十亿年后毁灭
这是欧洲核子中心大型强子对撞机的ATLAS探测器获得了数据的模拟粒子路径图。希格斯玻色子是当两个质子以14TeV的极高能级相撞时产生的，此后它会迅速衰变为4个μ子，这是一种不会被探测装置吸收的大质量电子。这一图像中，μ子的运行路径用黄色线标示。
新浪科技讯 北京时间3月22日消息，据国外媒体报道，物理学家们上周四(3月14日)宣布他们发现了所谓“上帝粒子”，即希格斯玻色子存在的坚实证据。科学家们长期以来一直在搜寻这种神秘莫测的粒子的踪迹，而如果这一粒子的存在最终被证实，那么它将会产生重大影响。
标准模型是粒子物理学的基础理论，然而其中所有预测的粒子都已经被顺利找到，唯独希格斯玻色子一直杳无音讯。利用建立在法国和瑞士边境的大型强子对撞机(LHC)设备，科学家们让质子在长达27公里的环形轨道内以光速相撞以开展相关实验。物理学家们表示，一旦确认希格斯玻色子将会至少产生以下六点重大影响：
1. 揭开质量起源之谜
物体的质量是怎么来的？这个问题一直困扰物理学界，而希格斯玻色子恰恰被认为与宇宙中一切物体的质量起源有关。希格斯玻色子与一种场有关，那就是所谓的希格斯场，理论上认为这种场充斥着整个宇宙。当宇宙中的其它粒子在这一场中运行时便获得了质量的属性。这就有点像是大家都在一个游泳池里游泳，然后身上都会被打湿，在这里，被水打湿就像是物体获得质量一样。
美国哈佛大学物理学家杰奥·哥斯达(Joao Guimaraes da Costa)表示：“希格斯粒子的机制让我们能够理解粒子获得质量的途径和方式。” 哥斯达是去年欧洲核子中心宣布疑似希格斯粒子发现时，大型强子对撞机(LHC)所属ATLAS探测器设备的标准模型召集人。他说：“如果没有这种机制，那么所有的一切物体都将失去质量。”
确认此次发现的粒子确实是希格斯粒子将证明我们设想的粒子获得质量属性的方式是正确的。美国加州理工学院物理学教授玛利亚·斯皮罗普鲁(Maria Spiropulu)表示：“这项发现从量子层面支持了我们对于质量来源的看法，而这正是我们当初建造大型强子对撞机的目的。这是一项无与伦比的成就。”
而后，这将进一步为一个更深层次的问题提供解决的线索，那就是：为什么这些粒子拥有这一质量数值？这个值是如何确定的？对此，哈佛大学物理学家丽萨·兰德尔(Lisa Randall)表示：“这是一个大得多的问题。确认这的确是希格斯粒子只是整个过程的第一步，此后我们才能更往前走，这两者之间是相互联系的。”
2. 完善标准模型
标准模型是当代粒子物理学的基石，它描述了整个宇宙中所有的粒子。所有被标准模型所预言的粒子此前都已经被找到了，除了希格斯粒子。就在去年宣布初步结果时，欧洲核子中心ATLAS实验设备科学家乔纳斯·斯兰德伯格(Jonas Strandberg)就曾表示：“这是标准模型中缺失的一环，因此如果这一发现得到最终确认，那么它将最终证明我们目前的认识是正确的。”
到目前为止，科学家们所发现的这一疑似希格斯粒子似乎和标准模型中预言的性质相吻合。但即便如此，标准模型本身也并不完整：例如它没有包括引力，也没有将被认为占据整个宇宙物质总量约98%的暗物质成分考虑进去。
美国费米国家实验室CMS中心的物理学家帕提·麦克布雷德(Patty McBride)在上周四表示：“即便有证据清晰地证明目前我们新发现的这一粒子确确实实就是标准模型所预言的希格斯玻色子，即便如此我们对宇宙的认识仍然模糊不清。”他说：“我们仍然不能理解为何引力如此微弱，我们还要面对巨大的暗物质的存在。不过，对于这一已经有48年历史的经典理论来说，迈出了完善的第一步仍然不失为一件令人高兴的事。”
3. 电弱相互作用
确认希格斯粒子还将对电弱相互作用的构建产生重要影响。这种作用是对电磁作用与弱相互作用的统一描述，这两者都是自然界的基本力类型之一。电磁作用描述带电粒子之间的相互作用，而弱相互作用则描述放射性衰变过程。
自然界中所有力的作用都和某种粒子有关。比如与电磁力有关的粒子是光子，这是一种质量为零的特殊粒子。而弱相互作用力则和名为W和Z的玻色子有关，这两种粒子都拥有很高的质量值。而所有这些粒子的质量来源，便被认为是希格斯玻色子的作用造成的。
欧洲核子中心的斯兰德伯格表示：“如果引入希格斯场的概念，那么W和Z玻色子就会和这个场混杂在一起，在这一过程中它们便获得了质量。”他说：“这解释了为何W和Z玻色子会有质量，并将电磁作用和弱相互作用两种基本力统一了起来，构成电弱相互作用。”
4. 超对称理论
超对称理论也将受到希格斯粒子发现的影响。这一理论认为任何一种已知的粒子都有一个“超级伙伴”粒子，这种伙伴粒子拥有轻微差异的性质。超对称理论拥有很大的吸引力，因为它可以统一自然界中的其它基本作用力，甚至有希望揭开暗物质构成之谜。然而到目前为止这一理论的前景黯淡，科学家们只找到了和标准模型预言的希格斯粒子性质极其相似的粒子，但是却没有能发现任何和超对称粒子有关的线索。
5. 大型强子对撞机
大型强子对撞机(LHC)是世界上最大的粒子加速器。这一耗资约100亿美元的设备率属于欧洲核子研究中心(CERN)，其目的是创建地球上能级最强大的粒子加速器设施。而其中找出希格斯玻色子则被列为了该设备的最优先目标之一。此次最新宣布的结果为LHC此前的结果提供了强有力的证明，也是对此前一直在这里为达成这一目标而忘我工作的物理学家们所取得丰硕成果的最好证明。
斯皮罗普鲁在去年的一份声明中表示：“这项发现从量子层面支持了我们对于质量来源的看法，而这正是我们当初建造大型强子对撞机的目的。这是一项无与伦比的成就。”他说：“科学家们已经等待了整整一代人的时间，为的就是这一刻。来自全世界各地大学和研究机构的粒子物理学家，工程师和技术人员们已经为了达成今天的这一成就奉献了数十年的辛勤工作。现在是时候让我们暂时停下脚步，回过头去审视这项发现的意义了，然后再继续进行海量的数据收集和分析工作。”
希格斯玻色子最早是在1964年由英国物理学家皮特·希格斯和同事们提出的。而这个名字的后半部分则是为了纪念杰出的已故印度物理学家和数学家玻色，他与爱因斯坦一同给出了玻色子的定义。玻色子是一类基本粒子，主要包括胶子和引力子等。其负责传递费米子之间的相互作用，如夸克，电子和中微子等等。费米子是宇宙中的另外一种基本粒子类型。
6. 宇宙的命运
希格斯玻色子的确认将为科学家们开启一扇大门，让他们得以进行此前无法进行的一些计算。其中一些计算的结果有关宇宙的命运。有一种观点认为宇宙将在未来数十亿年内毁灭。
在进行这样的计算时，希格斯玻色子本身的质量是一个非常关键的参数，它预示了时空的未来命运。目前的测量值显示，希格斯玻色子的质量约为质子的126倍，这一质量值几乎已经处在了一个临界点上，它将有可能让宇宙在未来数十亿年内走向毁灭。
约瑟夫·林肯(Joseph Lykken)是美国费米国家实验室的物理学家，他表示：“计算的结果告诉我们，在数十亿年之后宇宙将可能面临灾难。”他说：“这或许意味着我们所生活于其中的这个宇宙本身存在着内在的不稳定性，在数十亿年之后这一切都将归于瓦解。”(晨风)
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