簡單說物理之——上帝粒子

2020-12-05 天涯雜評

如果你是一條魚,你的整個世界都充滿了一種被稱為水的物質,你身處其中,但是你可能並不會感覺到水的存在,直到你離開水面而無法呼吸。同樣,整個宇宙的物質也都處於一個類似於水的場中,這個場被稱為希格斯場,場的粒子被稱為希格斯玻色子,也被稱為上帝粒子。那麼,上帝粒子是如何發揮作用的呢?

經過了整個20世紀接近一個世紀的努力,一代物理學家們一起努力構建了一個被稱為粒子物理學標準模型的理論集合,可以解釋除了引力外,幾乎宇宙中所有粒子和力的規律和現象。該模型由十二個構成物質的基本費米子粒子和四個構成力的玻色子組成,分別對應強力、弱力和電磁力。其中不包括引力,但是與引力相關的問題可以用廣義相對論描述。標準模型加相對論幾乎可以描述我們已知宇宙的一切現象,當然也有例外(如暗物質、暗能量等)。

但是,直到2012年發現希格斯玻色子之前,標準模型一直存在一個巨大的缺陷,按照標準模型的計算,所有粒子應該是無質量的。但實驗表明,除了光子無靜止質量,其他粒子都是有質量的。如果不能解釋質量的起源,整個標準模型都將失效。在20世紀50年代末,物理學家還不知道如何解決這些問題,所有試圖解決這個問題的嘗試只會產生新的理論問題。

1964年,包括彼得·希格斯(Peter Higgs)在內的6名物理學家提出假設,也許粒子本來就是無質量的,但當它們與遍及整個宇宙的能量場相互作用時,它們便獲得了質量。

我們傾向於認為質量是所有事物的內在屬性,但物理學家認為如果沒有希格斯場,質量根本就不存在,也就是說質量只是粒子與場相互作用後的產物,是一種派生的屬性,而不是內稟屬性。從某種意義上說,希格斯場是給粒子提供質量的介質,類似於水的作用,沒有質量,宇宙中的物質就不存在,所以希格斯玻色子是如此重要,以至於它被記者們取了一個聳人聽聞的名字——「上帝粒子」。

希格斯玻色子是自然界的一種基本粒子,而且是一種非常特殊的粒子。希格斯場幾乎在宇宙大爆炸後就出現了,並作用於整個宇宙。如果沒有希格斯場,所有的基本粒子都會以光速運動,而希格斯場賦予了基本粒子質量,從而是它們運動慢了下來,或者可以反過來描述,其實是由於希格斯場減慢了粒子的運動,粒子的動能減少,轉化為了質量。

粒子與希格斯場作用的越大,獲得的質量就越大。比如,夸克、輕子的質量就大一些,而電子由於與希格斯場的作用較弱,質量就小一些。同時,希格斯玻色子自身也會與希格斯場相互作用,從而也獲得了質量,而光子不參與相互作用,因此無靜止質量。

讓我們繼續用水的比喻,某些形狀的魚,如個頭小的、尖鼻子的魚,能夠非常快速地遊動,因為它的阻力小。對應的基本粒子如果運動的很快,其質量就小;而體積大一些,長得臃腫一點的魚,就遊得相對慢一些,對應的在基本粒子裡,運動速度慢,質量也就大一些。

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  • ...著「上帝粒子」之稱的神秘粒子,被認為是宇宙中所有基本粒子的...
    3年前,他押下100美元的賭注,打賭人類永遠也不可能發現希格斯粒子——這種有著「上帝粒子」之稱的神秘粒子,被認為是宇宙中所有基本粒子的質量之源。  2011年12月13日,歐洲核子研究中心召開研討會宣布,目前世界上「最強大的超級顯微鏡」——大型強子對撞機尋找希格斯粒子時出現「重要進展」。
  • 「上帝粒子」原本叫「該死的粒子」
    人們之所以對這件事如此重視,很大程度上就在於有理由相信,這種新粒子很可能就是所謂的希格斯玻色子(Higgs Boson),也就是傳說中的「上帝粒子」。自從1964年它作為一種假設被提出後,如今已過去整整四十八個年頭。這個讓無數高能物理學家魂牽夢縈的神秘粒子,似乎終於展現出了廬山真面目。但是,諸多媒體在興奮之餘,也很快陷入迷茫。
  • ...上帝粒子」之稱的神秘粒子,被認為是宇宙中所有基本粒子的質量...
    3年前,他押下100美元的賭注,打賭人類永遠也不可能發現希格斯粒子——這種有著「上帝粒子」之稱的神秘粒子,被認為是宇宙中所有基本粒子的質量之源。  2011年12月13日,歐洲核子研究中心召開研討會宣布,目前世界上「最強大的超級顯微鏡」——大型強子對撞機尋找希格斯粒子時出現「重要進展」。
  • 「上帝粒子」發現者恩格勒的中國之行
    他以淺顯生動的語言,配合圖示,以自己從事科研的親身經歷,向中國青年學子講解宇宙的奧秘和發現「上帝粒子」的過程。華東師大為恩格勒頒發了榮譽教授證書,恩格勒將他1964年8月31日在《物理評論快報》雜誌發表的論文《對稱性殘破和規範矢量介子的質量》影印件贈送給華東師大。就是在這篇與羅伯特·布繞特合作的論文中,他們提出了希格斯機制與希格斯玻色子理論。在滬期間,恩格勒還訪問了華師大附中第二中學。
  • 歐洲證明「上帝粒子」存在 或解釋宇宙初創之謎
    歐洲核子中心提供強力證據證明希格斯玻色子存在 解釋宇宙初創之謎  我專家解讀—— 用收音機搜到「上帝粒子」信號  據英國《每日郵報》報導,人類距離了解宇宙誕生之謎又邁進一大步歐洲核子中心(CERN)昨日公布來自大型強子對撞機(LHC)的重要數據,顯示有「上帝粒子」之稱的希格斯玻色子存在的強有力證據。  中國社科院專家上午接受法晚記者採訪時稱,這一數據就好似我們用收音機收到了「上帝粒子」的信號,未來一年之內,將很有可能發現這一粒子,解釋宇宙初創之謎。
  • ﹃上帝粒子﹄原名﹃該死的粒子﹄
    上帝粒子的提出和發現並非希格斯一人之功,為什麼先前「名分」都安在了希格斯頭上?希格斯曾被當作「自以為是的白痴」探尋物質最終要素是個老生常談的故事,科學家們為此付出了持續幾個世紀的努力。在20世紀20年代,原子得到了解釋,從更基本的粒子的形式,我們弄懂了原子核是什麼。1929年,勞倫斯建造了世界上第一臺粒子回旋加速器……1964年8月,時為英國愛丁堡大學數學物理講師的彼得·希格斯,興衝衝地寫了一篇論文投給歐洲的《物理快報》,但是,它卻被編輯以不宜發表為由拒絕了。
  • 上帝粒子是什麼?
    上帝粒子是什麼?想解答這個問題,首先需要提及一個名詞——「粒子物理」。說起粒子物理,你會想到什麼呢?
  • 2013諾貝爾物理獎:希格斯玻色子為什麼又叫上帝粒子?
    希格斯共享,他們提出了一種理論機制,該理論解釋了亞原子粒子的質量起源,最近,因為在歐洲核子中心大型對撞機上的ATLAS和CMS實驗中發現了它所預言的基本粒子,讓該理論獲得驗證。希格斯玻色子 (Higgs boson) 是粒子物理標準模型所預言的一種基本粒子。
  • 「上帝粒子」找到了!
    該發言人介紹說下一步的任務就是確定這種粒子的特性,以及它對於人類認識宇宙的重要意義,進一步研究成果預計7月底公布。歐洲核子研究中心研討會現場實況直接傳到了正在墨爾本舉行的第36屆國際高能物理大會現場。被稱為「上帝粒子」的希格斯玻色子是粒子物理學「標準模型」理論中最後一種未被發現的基本粒子,科學界一直致力於證明它的存在。
  • 「上帝粒子」獲諾貝爾物理獎 臺灣團隊有功
    「上帝粒子」獲諾貝爾物理獎 臺灣團隊有功   中新網10月9日電 歐洲粒子物理研究中心(CERN)研究團隊去年利用大強子對撞機(LHC)實驗觀測,發現「上帝粒子」希格斯粒子存在的證據,成為英國物理學家希格斯和比利時學者恩格勒獲得諾貝爾物理獎的關鍵
  • 【經典】追尋「上帝粒子」
    發布會的高潮是ATLAS(LHC上4個大型探測器之一)實驗組的發言人法比奧拉·吉亞諾蒂(Fabiola Gianotti)在屏幕上打出一個尖峰,「置信區間為5個標準差」,這意味著粒子不存在的機率只有350萬分之一(截至發稿前,根據CERN的最新消息,希格斯粒子的置信區間已達到了5.9個標準差,也就是說,這個粒子不存在的機率從7月4日的350萬分之一降到了5.5億分之一)。
  • 探索上帝粒子與質量起源
    今年的諾貝爾物理學獎與眾不同,特別引人注目,因為這個上帝粒子無比關鍵,它是宇宙中一切基本粒子的質量之源。7月 4日新聞發布會現場, 83歲高齡的英國理論物理學家彼得 •希格斯 (Peter Higgs)禁不住老淚縱橫,在長達 45年的耐心等待之後感嘆道,「這真是我生命中最不可思議的奇蹟」。
  • 科學網—「上帝粒子」與標準模型
    但物理規律其實都是根據簡單的不變性原理推導而來。在楊振寧之前,人類真正能夠寫下方程的物理作用只有引力與電磁相互作用。隨著物理學的發展,電磁相互作用成了一組嚴密而美妙的數學方程,這就是每一個科學與工程人士都應該熟知的麥克斯韋爾方程(Maxwell’s equations)。而後,愛因斯坦發展了引力的幾何理論——也就是廣義相對論。
  • 疑似"上帝粒子"被發現 霍金要輸了
    4年前,他押下100美元的賭注,打賭人類永遠也不可能發現希格斯粒子——這種有著「上帝粒子」之稱的神秘粒子,被認為是宇宙起源。  而昨天,歐洲核子研究中心(CERN)的科學家表示,他們在尋找「上帝粒子」的研究過程中,發現了一種新型亞原子粒子,該粒子符合上帝粒子的屬性——它可能真的就是科學家多年來翹首以盼的「上帝粒子」!
  • 上帝粒子是什麼?(內含福利)
    上帝粒子是什麼?想解答這個問題,首先需要提及一個名詞——「粒子物理」說起粒子物理,你會想到什麼呢?是那個在美劇《生活大爆炸》中,智商極高而情商極低,常常令身邊的朋友感到哭笑不得的物理天才「謝耳朵" Sheldon?還是歐洲核子中心的大型強子對撞機LHC?
  • 上帝粒子「惡毒」本性 原稱「該死的粒子」
    上帝努力止住自己的笑容,原諒了希格斯,並提升了他。   這番調侃,出自愛開玩笑的美國物理學家利昂·萊德曼的《上帝粒子》一書。他這番20年前的「預言」真是靠譜——「苦海」裡遨遊良久的希格斯終於獲得「提升」,摘下了諾貝爾獎的桂冠。而希格斯玻色子(希格斯粒子)的綽號——「上帝粒子」得以廣為流傳,恰恰緣自萊德曼的一句「詛咒」。   說來話長。
  • 【光明日報】「上帝粒子」可能被發現
    歐洲核子物理中心(CERN)北京時間7月4日下午3點舉行一場學術講座,宣布Atlas和CMS兩個實驗都觀測到一種質量介於125-126GeV之間的新粒子。「雖然目前還無法確定這個新粒子就是希格斯玻色子(Higgs),但從其質量、衰變方式等方面看,這個新粒子極可能就是『上帝粒子』希格斯。」參與Atlas實驗的中科院高能物理研究所教授婁辛丑說。
  • 解讀諾貝爾物理學獎:眾望所歸的「上帝粒子」
    粒子物理的一大步 希格斯玻色子的自旋為零,是物質的質量之源,其他粒子受其作用產生慣性,最終形成質量。希格斯玻色子是宇宙形成的基礎,被科學界譽為「上帝粒子」。 對於諾貝爾物理學獎花落「上帝粒子」,中科院院士陳和生表示:「全世界物理學家期盼已久,兩位科學家獲獎眾望所歸。」
  • 沒有上帝粒子就沒有人類
    不同粒子受到的「阻力」不同,其所獲得的質量也有差異。3、為什麼說沒有上帝粒子,就沒有生命,沒有人類?如果沒有上帝粒子,宇宙中的所有粒子都將以光速運動。這麼快的速度運行,粒子將無法結合到一起,就不會產生原子、分子、DNA、蛋白質,也就不會有生命,不會有人類,不會有其他任何物質,宇宙將會是一片虛無。