神秘粒子希格斯玻色子,它的發現意味著什麼?

2020-12-03 夸克星貓

2012年,一種新的粒子在大型強子對撞機中被發現,這正是神出鬼沒物理學家們期待已久的希格斯玻色子。不過這個叫希格斯玻色子的東西有什麼大不了的?

前面我們提到,組成物質的質量並不是來自基本粒子的質量,粒子的基礎質量只佔原子的1%,大部分是來自其中的動能和結合能。今天我們就來談談這個粒子的「基礎質量」。事實上,這部分固有質量也來自於束縛能,對於原子組成的粒子,它的質量來自希格斯場。

根據量子場論的基礎解釋,粒子被視作場中的激勵,宇宙中各處都充滿著場。比如電子即是電場中的激勵。在電場中的某處施加能量,場振了起來,如果撥動吉他的琴弦,這個振動就是電子。量子場論在20世紀50年代,給出了電子一個完美又奇怪的定義,預言電子是沒有質量的。原子中所有的組成粒子的基本量子場論方程都視它們的質量為0。前面我們說過,沒有質量的粒子只能以光速運動,並且時間停滯。而事實上卻並非如此。

電子有一種固有旋向叫手性,相對於運動方向可以使順時針或逆時針,我們稱之為左旋或者右旋。並且其旋向不停地來回變換,電子在衍變,說明它確實有時間,所以必定有質量。我們也直接測量過電子的質量為9.10956×10^-31kg。光子是電磁場中的激勵,光子有自旋但不會改變,那為何電子有質量而光子沒有呢?

有一個通俗的說話就是光子能輕易地穿過整個可觀察宇宙而不碰到任何東西,而電子就從來不會不碰到什麼東西,是宇宙底層無處不在的某種物質阻礙著電子。這就是希格斯場。

左右手旋的粒子,並不是左右同性的,會受到不同的作用。比起右旋,左旋電子會多出一種叫做弱超荷的屬性。弱超荷會讓左旋電子受到弱核力。除非消除弱超荷否則電子不能自由變換自旋。但在不斷變換自旋的電子中,這種弱超荷從哪裡來又去了哪呢?

答案就是希格斯場。與多數量子場在虛無空間約為0不同,希格斯場在宇宙各處都為一個正值。這一複雜多元的場不只有著弱超荷,還試圖同時取得所有可能的電荷值(為了賦予其他粒子質量)。這也使得希格斯場成為了弱超荷的無盡源泉。憋屈的電子被各個方向進出希格斯場的粒子流轟擊著,在極小的時間裡給予並帶走弱超荷。電子本來會以光速運行,但在希格斯場的轟鳴中,電子獲得了質量。

那麼怎麼證明希格斯場的存在?這就要看希格斯玻色子了。和其他場類似,希格斯場在其基準值上下波動,也就產生了玻色子。如果能觀測到這個玻色子,就可以證明希格斯場的存在。2012年,LHC觀測到了某種未知粒子衰變產生的碎屑,這種衰變產物與極不穩定的希格斯玻色子的分解產物基本一致。也就是說,LHC有極大可能製造出了希格斯玻色子,進而證明了希格斯場。

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    希格斯玻色子隱藏著什麼秘密呢?其實很多的科學著作給大家做出了解釋,只不過他們說的十分複雜,所以很多朋友們不能夠理解,其實希格斯玻色子是宇宙大爆炸的最初期的關鍵物質,甚至可以說能夠影響我們現在的宇宙。不過很快夸克開始相互凝聚起來,此時產生的就是希格斯玻色子,因為科學家在研究中發現,其實希格斯玻色子是宇宙萬物產生的基礎,所以我們也其為上帝粒子,因為希格斯玻色子產生的凝聚力,逐漸將物質形成。
  • 發現希格斯玻色子,就意味著物理學會因此而終結嗎?
    史蒂芬霍金曾說:「希格斯玻色子的發現讓物理不再有趣」。他是什麼意思? 我把史蒂芬·霍金說過的一段話放出來,這是他在希格斯玻色子發現後他說物理無聊的話。如果沒有黑洞存在,將不會再有新的天文物理學——很可能沒有天文物理學了,至少在沒有發現的一百年內不再會有,因為這個領域會分成及時個不同的模型。每一個模型能很好地解釋部分的數據,但一涉及其他的數據,那將難以解釋。同樣地,希格斯玻色子與所有的標準模型都非常兼容,如果沒有希格斯玻色子,那粒子物理學就會崩潰。但你可能會想,希格斯玻色子不是意味著物理學的終結嗎?
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    史蒂文:前兩天我在電視上看到關於大型強子對撞機的報導了,聽說你們用探測器發現了傻大個(bozo)?戴夫:嗯...不是『傻大個』,我們發現的是玻色子(boson),甚至可能是希格斯玻色子 (Higgs boson)。史蒂文:那是什麼?戴夫:是一種粒子。史蒂文:你們不是一直在發現粒子麼?
  • 希格斯玻色子為什麼被稱為「上帝粒子」?
    希格斯玻色子源於上個世紀60年代的理論預言,在2012年,該粒子首次被歐洲核子研究組織通過強子對撞機尋找到,希格斯玻色子對標準模型的完善至關重要。我們通常認為由於希格斯玻色子賦予了傳遞短程力的玻色子(弱力和強力的傳播子)以質量,所以才構成了原子核的穩定。這種重要意義不亞於上帝創世。所以我們應該將希格斯玻色子命名為「上帝粒子」來彰顯其重要性。但事實遠非如此,上帝粒子最早起源於已故科普作家—萊昂·萊德曼在1993年出版的科普著作《上帝粒子》的書名。
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    大型強子對撞機研究科學家認為複雜神秘的希格斯玻色子可能根本不存在  7月份,科學家稱他們已近一步接近被稱為「上帝粒子」的複雜神秘希格斯玻色子,他們認為這種微小粒子是構建生命體的基礎元素。但是當希格斯玻色子的信號消失後,使科學家的希望逐漸破滅。  在歐洲核子研究中心大型強子對撞機(LHC)在法國和瑞士邊境山脈之下運行,日前在印度孟買召開的會議中宣布這項最新研究。
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    2012年,在長達27公裡的大型強子對撞機中,高速相撞的粒子產生了希格斯玻色子(Higgs boson),上個世紀60年代預言中的粒子終於被找到,這是粒子物理標準模型遺失的最後一塊拼圖,其意義不言而喻。但在此後,大型強子對撞機還沒有發現其他新的粒子,這就了許多標準模型無法解釋的宇宙謎團。
  • 這就是希格斯玻色子衰變的過程以及對粒子物理的意義
    2012年物理學家發現了希格斯玻色子(Higgs boson)。希格斯玻色子是由標準模型預測的一種基本粒子,與物體的質量有關。但這一發現並沒有標誌著希格斯玻色子探索的結束。除了預測希格斯玻色子粒子的存在,標準模型還假設60%的情況下,希格斯玻色子粒子將衰變為基本粒子,即底夸克(b夸克)。
  • 這就是希格斯玻色子衰變過程以及對粒子物理學的意義
    在發現希格斯玻色子6年後,物理學家觀察到了粒子是如何衰變的,研究人員表示:這對科學家理解粒子物理和宇宙標準模型做出了巨大貢獻。2012年物理學家發現了希格斯玻色子(Higgs boson)。希格斯玻色子是由標準模型預測的一種基本粒子,與物體的質量有關。但這一發現並沒有標誌著希格斯玻色子探索的結束。
  • 希格斯玻色子為什麼被稱為上帝粒子?讓我們來了解一下上帝粒子
    本期我們來聊一聊希格斯玻色子。希格斯玻色子為什麼被稱為「上帝粒子」呢?這就要從它的起源說起了,希格斯玻色子是英國物理學家彼得·希格斯於1964年提出的。其實彼得·希格斯並不喜歡「上帝粒子」這個名字。希格斯玻色子被稱為「上帝粒子「是諾貝爾物理學獎獲得者利昂·萊德曼無意中為希格斯玻色子起的。雖然科學家們不喜歡這個名字(因為這個名字帶有很濃厚的宗教色彩),但這個名字卻廣為流傳,人們一提起希格斯玻色子就會想到「上帝粒子」這個詞。
  • 【科技新詞】希格斯玻色子
    歐洲核子研究中心的研究人員聲稱,他們首次發現了希格斯玻色子的一些線索,並推算出它的質量為124~126GeV。  標準高能物理學模型曾把基本粒子分成3類:夸克、輕子與玻色子。為了修補這個缺陷,英國物理學家希格斯提出了希格斯場的存在,並進而預言了希格斯玻色子的存在。  設想中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。令人遺憾的是,希格斯玻色子至今尚未在實驗中被觀察到,也是標準高能物理學模型中最後一種未被發現的粒子。  希格斯玻色子是一種自旋為0的玻色子。
  • 邢志忠:我與希格斯玻色子
    【連結】  《希格斯——「上帝粒子」的發明與發現》一書的譯者為中科院高能物理研究所的著名粒子物理學家邢志忠研究員,他對希格斯粒子的前世今生熟悉有加,2011年就曾在科學網上貼出題為「圍追堵截希格斯之戰已進入生死關頭」的博文。早在今年5月下旬,他就預測,如果一切都不出人們所料的話,恩格勒和希格斯榮獲今年的諾貝爾物理學獎已經不是懸念。
  • 復旦教授解讀尋找希格斯玻色子的意義
    復旦大學物理系教授吳詠時什麼是希格斯玻色子希格斯玻色子是物理學標準模型當中最後一個待發現的粒子。7月4日歐洲核子研究中心(CERN)的科學家宣布,在尋找希格斯玻色子的過程中,他們發現了一個新粒子,與希格斯玻色子有吻合之處。
  • 被稱為上帝粒子的希格斯玻色子,到底有多「玄」?
    希格斯玻色子(或稱希格斯粒子、希格斯子、上帝粒子)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後一種未被發現的粒子。英國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,並將質量賦予規範傳播子和費米子。
  • 希格斯玻色子真的被製造出來了嗎?
    大型強子對撞機利用這一原理將普通粒子中包含的能量轉換為在自然界中難以找到的新粒子,如希格斯玻色子、它的質量過大,以至於它一出現就變成更輕更穩定的粒子對。但不是任何碰撞都會產生希格斯玻色子。希格斯場就像一個無形的蜘蛛網,蔓延到整個空間。當粒子穿過它時,有些會纏在粘稠的「蛛絲」上,這個過程會使粒子的質量增加,速度減緩。但對於其他粒子,如光子和膠子,這個網是完全透明的,它們可以毫無阻礙地通過。如果有足夠的能量,在希格斯場中的粒子可以將它們的能量傳遞給希格斯玻色子,產生出一個希格斯玻色子。
  • 被稱為「上帝粒子」的希格斯玻色子,有什麼神奇之處?
    上帝粒子真正的專業名詞叫希格斯玻色子。對物理學家來講,這是不必要的誇張。彼得 希格斯(Peter Higgs)—因其在亞原子粒子質量方面的研究而獲得諾貝爾獎——將其稱為「物理學最基本的粒子」。不管是不是上帝粒子,這一發現都是開創性的,也許是我們短暫歷史上最重大的發現之一。
  • 最新發現:上帝粒子也會衰變,希格斯玻色子會衰變為μ子對!
    本文參加百家號科學#了不起的基礎科學#系列徵文上帝粒子-希格斯玻色子還能讓我們大吃一驚嗎?自2012年發現以來,歐洲核子研究中心ATLAS和CMS合作一直在積極研究這一最新、最神秘的粒子物理學標準模型附加特性。