大多數人都知道希格斯玻色子,但是令物理學家懊惱的是,它在媒體上被錯誤地貼上了「上帝粒子」的標籤,其實它是一種亞原子粒子,早在2012年就在大型強子對撞機(LHC)中首次被發現。這個粒子是一個貫穿整個時空的場,它與許多粒子相互作用,比如電子和夸克,為這些粒子提供質量,這很酷。
但是我們發現的希格斯粒子卻出奇的輕。根據我們最好的估計,它應該重得多。這就引出了一個有趣的問題:我們發現了一個希格斯玻色子,但那是唯一的希格斯玻色子嗎?
儘管我們還沒有任何證據表明希格斯粒子更重,但在我們空口無憑地誇誇其談的時候,世界上最大的原子加速器——大型強子對撞機(LHC)的一組研究人員正在深入研究這個問題。有一種說法是,當質子在環形對撞機內被撞在一起時,由各種類型的希格斯粒子組成的重型希格斯粒子,甚至是希格斯粒子,都有可能從隱蔽處出來。
如果重質量的希格斯粒子確實存在,那麼我們需要重新定義我們對粒子物理標準模型的理解,因為我們發現希格斯粒子比我們看到的要複雜得多。在這些複雜的相互作用中,可能存在著從幽靈般的中微子質量到宇宙最終命運的一切線索。
你知道嗎?要是沒有希格斯玻色子,幾乎整個標準模型都會崩潰。但要討論希格斯玻色子,我們首先需要了解標準模型如何看待宇宙。
在我們用標準模型對亞原子世界的最佳概念中,我們所認為的粒子實際上並不十分重要。其實每種粒子都有一個場,有一個電子場,一個光子場,等等。你所認為的粒子實際上是它們特定領域的局部小振動。當粒子相互作用時(比如說,通過相互彈回),實際上是場中的振動在跳一種非常複雜的舞蹈。
希格斯玻色子有一種特殊的場。和其他領域一樣,它滲透了所有的空間和時間,它也可以和其他人的領域交流和玩耍。
但是希格斯場有兩個非常重要的工作要做,這是任何其他場都無法做到的,這也是它可以決定宇宙命運以及未來的關鍵。它的首要任務是與W玻色子和Z玻色子對話(通過它們各自的領域),它們是弱核力的載體。通過與其他玻色子交談,希格斯玻色子能夠賦予它們質量,並確保它們與光子(電磁力的載體)保持分離。沒有希格斯玻色子的幹涉,所有這些載流子就會合併在一起,隨後這兩種力就會合併在一起。希格斯玻色子的另一項工作是與其他粒子,比如電子,進行交談,通過這些對話,他們也獲得了大量的信息。
當然,這一切都是在20世紀60年代通過一系列複雜但絕對優雅的數學計算出來的,但這個理論只有一個小問題:沒有真正的方法來預測希格斯玻色子的確切質量。換句話說,當你在粒子對撞機中尋找粒子時,你並不確切知道你將在哪裡找到它。
2012年,大型強子對撞機(LHC)的科學家們宣布發現了希格斯玻色子,此前他們發現了一些代表希格斯場的粒子,這些粒子是在質子以接近光速相互碰撞時產生的。這些粒子的質量是1250億電子伏特(GeV),大約相當於125個質子,所以它有點重,但不是非常大。
乍一看,一切聽起來都不錯。物理學家並沒有對希格斯玻色子的質量有一個確切的預測,所以它可以是它想要的任何東西,我們碰巧發現了大型強子對撞機能量範圍內的質量。不過,對於希格斯玻色子的質量,還有一些猶豫的、類似於半預測的說法,它們是基於希格斯玻色子與另一種粒子——頂夸克——相互作用的方式做出的。這些計算預測的數字將遠高於125gev。可能只是這些預測是錯誤的,但我們必須回到數學上,找出問題的癥結所在。或者,廣義預測與大型強子對撞機內部發現的事實不符,可能意味著希格斯玻色子的可能還有更多。
科學家認為很有可能存在大量的希格斯玻色子,它們太重了,用我們現在這一代的粒子對撞機是看不到的,而它們也將決定著宇宙的命運。事實上,一些把我們的物理知識推到標準模型之外的推測理論確實預測了這些重希格斯玻色子的存在。當然,這些額外的希格斯粒子的確切性質取決於理論,範圍從簡單的一兩個超重希格斯場到由多種不同類型的希格斯玻色子粘在一起組成的複合結構。