希格斯場和希格斯玻粒子的「前世糾葛」

2020-11-22 騰訊網

毫無疑問，2012年最激動人心的科學發現就是在CERN（歐洲核子研究中心）實驗發現的一種新粒子。

這種粒子被大家認為極有可能是「希格斯玻色子」[1]，它以物理學家彼得 希格斯的名字命名。物理學家認為希格斯場使基本亞原子性的粒子擁有質量，包括夸克、輕子這些構成日常事物的基本粒子。希格斯玻色子的振造成了希格斯場中的振動，就像當你猛拉繩子時繩子產生的晃動。但這個場是如何賦予粒子質量的呢?這個問題讓所有人都很疑惑。

1993年，英國科技大臣要求物理學家們找出一個簡單的方法來解釋所有與希格斯相關的結果。給出的獎勵是一瓶高品質香檳。獲獎的解釋大致是這樣的假想一個在CERN實驗室舉行的酒會，出席的人都是粒子物理學家。這些物理學家代表了希格斯場。此時，一個收稅員進入了聚會，顯然從來沒人願意和徵稅的人談話，於是他們很輕鬆的穿過人群來到了吧檯，徵稅者不會和物理學家們有互動。同樣，有一些粒子也不會和希格斯場有相互作用。

這些不受影響的粒子比如光子，它們被稱為零質量粒子。現在，假設彼得 希格斯進入了這個房間，也許是為了喝一杯。這種情況下物理學家們立即會聚到希格斯教授周圍，同他討論交流那些為了測量希格斯粒子屬性而做的工作。由於希格斯教授和人群密切的互動，他在房間裡會走得很慢。因而，希格斯在與物理學家的互動作用影響下就成為了「一個有質量的粒子」。

那麼，如果那就是希格斯場的解釋，希格斯玻色子又是怎麼一回事呢？現在假定聚會者均勻分布在房間各處，假設現在有一個人在門口探頭進來，說了一個傳言，這個傳言有關某個遠方的某個對手實驗室的新發現。靠近門的人會聽見，但離門稍遠的就聽不見了。於是這些離門稍遠的人就會向門口靠近，以便詢問那些聽到的人。這會擠出一個密度大的人群。

當這些人聽了傳聞後他們會回來原來的位置來討論這傳聞的意義，但更遠的人這時會來問「發生了什麼」，這樣又會形成一個密度很大的人群穿過房間的情狀。這一堆人形成的波動，與希格斯玻色子形成的波動是相似的。需要記住的是，並不是有質量的粒子會與希格斯場有更多互相作用。

就像在聚會的類比中，所有聚會者在進入房間之前都是毫無差別的一樣，也就是說彼得 希格斯教授與徵稅者在進入聚會前都是一樣的，是他們與人群的相互作用導致他們「獲得質量或者保持質量為零」。再強調一下，粒子的質量是來自粒子與場的相互作用。

總之，一個粒子會獲得多少質量取決於它和場是如何相互作用，就像不同人的穿過人群，行走的速度與他們（在人群中的）人氣有關。希格斯玻色子是場中的一個波動，就像穿過房間的能引起人們騷動的傳聞。當然，這個類比僅僅是個類比，不過這是目前我們能想到的最好的類比了。如上所述，便是希格斯場和希格斯玻色子。我們正在研究是否真的可以找到這個粒子，如果我們真找到了，獎品就不僅僅是一瓶香檳了。

相關知識延伸閱讀

[1]希格斯玻色子（英語：Higgs boson）是標準模型裡的一種基本粒子，是一種玻色子，自旋為零，宇稱為正值，不帶電荷、色荷，極不穩定，生成後會立刻衰變。希格斯玻色子是希格斯場的量子激發。根據希格斯機制，基本粒子因與希格斯場耦合而獲得質量。假若希格斯玻色子被證實存在，則希格斯場應該也存在，而希格斯機制也可被確認為基本無誤。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. Dervish Wang-喝茶咯！茗~~- Xuwen Zhu

如有相關內容侵權，請於三十日以內聯繫作者刪除

轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處

相關焦點

  • 上帝粒子—希格斯玻色子
    上帝粒子希格斯玻色子，是一種沒有質量的粒子，是所有的粒子中最為著名的一個，也是最為重要的一個，並且這個粒子是所有的62個粒子中唯一一個沒有質量的粒子，是粒子物理學標準模型中自旋為零的玻色子。  在粒子物理高能粒子物理的微觀粒子中『玻色子是可以與費米子對稱耦合』形成可測量的『實粒子』，希格斯粒子是希格斯玻色子的『反粒子』希格斯場的場量子化激發產生希格斯實粒子，它通過自相互作用的介質而獲得質量。  希格斯玻色子是因物理學者彼得•希格斯命名，物理學家利昂•萊德曼無意中為希格斯玻色子起了「上帝粒子」這麼一個名字。
  • 趣說上帝粒子--希格斯玻色子
    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？戴夫：話是這麼說，但這次的發現可能足以表示希格斯場是真實存在的！史蒂文：場？什麼場？戴夫：希格斯場！
  • 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。
  • 神話般的「上帝粒子」:希格斯玻色子的預測與發現
    新機制引入了一個新的量子場，我們今天稱之為希格斯場，其量子表現形式是希格斯玻色子。只有與希格斯場相互作用的粒子才能獲得質量。正是這種機制創造了標準模型的所有複雜性。原本的這個機制只是想解釋W玻色子和Z玻色子的質量，但科學家們很快發現，他們可以擴展這個新機制，以解釋所有大質量基本粒子的質量。
  • 神秘粒子希格斯玻色子,它的發現意味著什麼?
    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。
  • 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:看不見的能量場,賦予你質量
    現在你已經聽說了希格斯玻色子粒子這一發現了，也知道了全世界的科學家都對此超級激動。但希格斯玻色子是什麼東西？這是否意味著我們終於可以坐上空中飛車，可以實現遠程瞬移啦？ 問：希格斯玻色子究竟是什麼呢？希格斯玻色子就是一種基本粒子。
  • 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。
  • 【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。
  • 希格斯場論或隱藏五種以上的「上帝粒子」
    據國外媒體報導，位於日內瓦邊境的大型強子對撞機已經發現了希格斯玻色子的信號，但是其質量區間卻與宇宙的命運息息相關，最新的研究結果顯示，我們的宇宙可能將面臨死亡的命運。希格斯玻色子的發現事件是真實的，緊湊μ子線圈的數據顯示質量為125.3 GeV，超環面儀器(ATLAS)探測到的質量為126.0 GeV，面對這一結果，物理學家們十分謹慎地進行驗證其是否為希格斯玻色子。
  • 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。
  • 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。
  • 希格斯玻色子究竟是什麼?
    粒子物理學通常很難與政治和名人八卦競爭新聞頭條，但希格斯玻色子已經引起了廣泛的關注。這正是2012年7月4日發生的事情，當時歐洲核子研究中心的科學家宣布，他們發現了一種粒子，它的行為方式與他們預期的希格斯玻色子的行為方式一致。
  • 希格斯玻色子到底蘊藏著什麼秘密?希格斯玻色子是宇宙摧毀者嗎
    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。希格斯玻色子是宇宙的摧毀者的說法，其實來源於一種科學的研究預測，因為實際上頂夸克的質量現在科學家已經有了初步的認識，同時能夠給出一個具體的數字，因此在頂夸克質量之下希格斯玻色子肯定存在一個場，玻色場的產生會帶來一種穩定的與否的問題。科學家認為希格斯玻色子是宇宙形成的基石。
  • 2013諾貝爾物理獎:希格斯玻色子為什麼又叫上帝粒子?
    恩格勒和彼得?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。
  • 希格斯玻色子真的被製造出來了嗎?
    沒有質量的粒子的碰撞似乎不能產生「能夠賦予質量」的希格斯玻色子，但是在大型強子對撞機（LHC）中，只要一秒鐘就會產生希格斯玻色子。愛因斯坦最著名的理論，通常都會被寫成E=mc^2，告訴我們能量和物質只是同一枚硬幣的兩面。
  • 新發現的粒子會是希格斯粒子嗎?
    2012年，歐洲核子研究中心的科學家們發現了一種新粒子的存在，而這種粒子很有可能就是希格斯玻粒子（希格斯玻粒子的命名來自於物理學家彼得·希格斯）。這的確算得上是2012年最令科學界興奮的消息了。科學界普遍認為，基本粒子與亞原子粒子可以從希格斯場獲得質量，好比構成普通物質的夸克與輕子。希格斯玻色子是希格斯場的振動，就好像你扭動繩索時，繩索的上下擺動一樣。但是粒子們是如何從希格斯場獲得質量的呢？
  • 科學家是怎麼確定希格斯粒子的?
    其實，人類很早就有這方面的意識，那就是構成物質的應該是不可再分的基本粒子，但是要你要讓粒子們老老實實地待在一起，就需要相互作用。科學家發現，在宇宙中存在四種相互作用，引力，電磁力，強相互作用，弱相互作用。科學家先是通過狹義相對論和量子力學構建了量子場論。然後基於規範場論，如果滿足對稱性的要求，就得引入了傳遞基本作用的規範玻色子。
  • 如何向孩子解釋上帝粒子、質量之源——希格斯玻色子?
    偉大的科學家們已經發現了很多種基本粒子，確切地說有62種。這62種基本粒子中的一種叫做希格斯玻色子，它是物質質量之源，也叫上帝粒子。」孩子:是不是說基本粒子是最小的東西，它們組成原子。其中之一是希格斯玻色子?」大人:「是的!」