什么是希格斯粒子?什么是上帝粒子?
2013年诺贝尔物理学奖授予彼得·W·希格斯(Peter W. Higgs) 和弗朗索瓦·恩格勒(Fran·ois Englert),以表彰他们对希格斯玻色子(又称“上帝粒子”)所做的预测。本文介绍希格斯粒子相关信息。
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。” 基本粒子质量之源 若没有希格斯粒子,其他基本粒子就会仍以光速运行,宇宙将仍然是一锅沸腾的基本粒子汤,不能组成物质,生命无从谈起 希格斯粒子究竟是什么?为什么找到它如此重要? 早在2000多年前,人类便开始追问,我们所生活的世界是怎样形成的?从德谟克利特的“原子说”到如今被科学家普遍接受的标准模型理论,从朴素的形而上学概念到标准模型所预言的粒子陆续被证实,人类似乎越来越接近这一问题的答案。 在标准模型里,宇宙由62种不可再分的基本粒子构成,通过强力、弱力及电磁力这三种基本作用力组合成各种复合粒子,进而构成物质世界。 基本粒子可以分为两大类:自旋为半整数的费米子(fermion)和自旋为整数的玻色子(boson)。费米子是构成物质“实体”的粒子,也称之为物质粒子,而玻色子则传递基本相互作用,也可称为载力粒子。 然而在标准模型建立过程中,有一个问题却一直困扰着科学家:按照标准模型理论,基本粒子并没有质量,但实验结果却又清楚表明,除了光子以外的基本粒子都是有质量的。 1964年,希格斯等人提出了“希格斯机制”的概念,在理论上解决了这个问题。希格斯们认为宇宙间遍布“希格斯场”,基本粒子在与希格斯场的相互作用下获得了质量,而形成希格斯场的就是一种新的粒子,被命名为希格斯粒子。 根据对希格斯粒子性质的预言,希格斯粒子的自旋为零,是一种玻色子,所以又把希格斯粒子称为希格斯玻色子。 希格斯理论提出,在宇宙诞生的最初,并没有希格斯粒子的存在,其他的各种基本粒子都如光子一般,以光速横冲直撞。宇宙诞生十几秒后,希格斯粒子 诞生,形成了“希格斯场”。除了光子,其他的基本粒子与希格斯粒子发生碰撞后,就如同轻巧的棉花吸饱了水分一般,获得了质量,而速度就慢下来了。 |
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