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什么是上帝粒子,上帝粒子有什么用
希格斯玻色子(或稱希格斯粒子、希格斯子Higgs boson)是粒子物理學標準模型預言的一種自旋為零的玻色子,至今尚未在實驗中觀察到。它也是標準模型中最后一種未被發現的粒子。物理學家希格斯提出了希格斯機制。在此機制中,希格斯場引起自發對稱性破缺,并將質量賦予規范傳播子和費米子。希格斯粒子是希格斯場的場量子化激發,它通過自相互作用而獲得質量。2024年7月2日,美國能源部下屬的費米國家加速器實驗室宣布,該實驗室最新數據接近證明被稱為“上帝粒子”的希格斯玻色子的存在。
詮釋
標準模型給出了自然界四種相互作用中的電磁相互作用和弱相互作用的統一描述,但是
在能量低于一定條件后,電磁相互作用和弱相互作用將呈現為不同的相互作用,這被稱為電弱相互作用的對稱性自發破缺。希格斯粒子就是在標準模型解釋電弱對稱性自發破缺的機制時引入的。
研究背景
英國物理學家希格斯(P.W.Higgs)提出了希格斯機制。在此機制中,希格斯場引起電弱相互作用的對稱性自發破缺,并將質量賦予規范玻色子和費米子。希格斯粒子是希格斯場的場 量子化激發,它通過自相互作用而獲得質量。歐洲核子研究中心的大型強子對撞機(Large Hadron Collider,簡稱LHC)將有機會發現希格斯粒子。 上帝粒子--希格斯粒子.
希格斯玻色子被認為是物質的質量之源,“上帝粒子”是1988年諾貝爾物理學獎獲得者萊德曼對希格斯玻色子的別稱。這種粒子是物理學家們從理論上假定存在的一種基本粒子,目前
已成為整個粒子物理學界研究的中心,萊德曼更形象地將其稱為“指揮著宇宙交響曲的粒子”。
自1899年湯姆遜爵士發現電子開始,直至如今,在一個多世紀的時間里 ,人類一直孜孜不倦的探索著微觀世界的奧秘。1995年3月2日,美國費米實驗室向全世界宣布他們發現了頂夸克時,一套稱之為標準模型的粒子物理學模型所預言的62個基本粒子中的61個都已經得到了實驗數據的支持與驗證,看上去標準模型馬上就要獲得決定性的勝利,對物質微觀結構的探索已經到達了它的尾聲,似乎人類也馬上就要聽到這一跌宕起伏的,充滿了高潮與華彩的探索樂章的終曲,但是仍然有一個粒子,游離在這座輝煌的大廈之外,仿佛一個幽靈,這就是希格斯粒子,而且就是這個粒子可能會擊垮整座大廈。但是也許會為我們揭示出一條全新的探索旅途。就讓我們先來回顧一下上個世紀中期以來粒子物理學的發展歷史,以及現在處于主流的標準模型理論。
研究歷史
在電弱統一理論從建立到獲得成功,其中一個關鍵的因素就是對稱自發破殘原理推測出來的希格斯玻色子,用它來解釋電弱統一理論中的W+1、W-1、Z0玻色子非零質量的獲得機制。
但到如今,電弱統一理論已經獲得了諾貝爾獎從而得到大家普遍的承認,而作為電弱統一理論基礎的希格斯玻色子(X0)仍然沒有在大家的視野中揭開它神秘的面紗,這個難題一直以來都困擾著所有從事基本粒子研究的愛好者們。雖說到現在為止還沒有人發現它的蹤跡,但很多實驗表明了電弱統一理論是完全正 確的,這使得人們相信它必然存在,發現它只是時間的問題。但是科學是一門以事實說話的學問,不是大家想當然的就能解決的問題。因此找到一種合乎自然辯證邏輯的理論是解釋現象的關鍵。
為了修補上述理論的缺陷,英國物理學家希格斯提出了希格斯場的存在,并進而預言了希格斯玻色子的存在。假設出的希格斯玻色子是物質的質量之源,是電子和夸克等形成質量的基礎。其他粒子在希格斯玻色子構成的場中,受其作用而產生慣性,最終才有了質量。之后所有的粒子在除引力外的另3種力的框架中相互作用,統一于標準模型之下。標準模型預言了62種基本粒子的存在,這些粒子基本都已被實驗所證實,而希格斯玻色子是最后一種未被發現的基本粒子。
據香港《文匯報》14日報道,歐洲核子研究中心(CERN)日前公布了來自大型強子對撞器(LHC)的重要數據,顯示“可能看到”有“上帝粒子”之稱的希格斯玻色子(Higgs boson)。該理論可解釋粒子為何擁有質量,從而演化為萬事萬物。人類距離了解宇宙誕生之謎或許將要邁進一大步。
CERN昨日表示,兩個團隊透過LHC看到希格斯玻色子的可能蹤跡,但是數據肯定性尚不足以被稱為“發現”,目前還需要更多的實驗和分析。其中一個團隊表示,探測到的訊息約為126千兆電子伏特左右。CERN早前已表示,不會在今年公布發現了“上帝粒子”。
相關理論
物理理論
科學家們建立起被稱為標準模型的粒子物理學理論,它把基本粒子分成3大類:夸克、輕子與玻色子。標準模型的缺陷,就是該模型無法解釋物質質量的來源。在本質上,這個場就像一池黏黏的蜜糖,除了非質量的基本粒子,通過此場的時候,會將粒子轉變成帶有質量的粒子,就像是原子的成分。在標準模型中,希格斯粒子包含了一個中性與兩個帶電成分的區域。兩個帶電和一個中性區域皆是Goldstone玻色子,是縱向三極化分量帶質量的W+、 W–和 Z 玻色子。
維持中性成分的量子對應到具有質量的希格斯粒子。既然希格斯場是一個標量場,希格斯粒子沒有自旋,也就沒有內在的角動量。標準模型沒有預測希格斯玻色子的質量。如果質量在115和180 GeV/c2之間,則標準模型的能量等級可以有效直到普朗克尺度(1016 TeV)。
許多理論學家預測新的物理學會建構在標準模型之上能量在TeV的尺度,基于不足的標準模型性質。希格斯粒子(或其他的電弱對稱機制)可能的最大質量是1.4 TeV;除了這一點,標準模型變的不相容,因為統一性違反了一些散射的過程。許多超對稱性的模型預測出最輕的希格斯粒子的質量比現在實驗在高一點,大約120 GeV或者更低。
9維至8維-五期希格斯玻色子的能量(eV),大小(cm)及分裂結構表
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