“上帝粒子”:迟到的肯定

2013-10-09 23:00:37来源: 第一财经日报
    北京时间10月8日晚,在原定时间被推迟一小时之后,2013年诺贝尔物理学奖最终公布:来自比利时布鲁塞尔自由大学的弗朗索瓦·恩格勒和英国爱丁堡大学的彼得·希格斯共同因对希格斯玻色子的研究而获奖。官方获奖理由这样说道:“在理论上发现了有助于我们理解亚原子粒子质量起源的机制,而且经由它所预言的、最近已经被CERN大型强子对撞机的ATLAS和CMS发现的基本粒子而得到了证实。”



2012年7月4日,欧洲核子中心宣布发现希格斯粒子的会议现场,François Englert和Peter Higgs首次见面  图片来源:欧洲核子中心(CERN)



宇宙在诞生时可能是对称的,而看不见的希格斯场的对称性则可以被比喻成一只被置于一个圆形碗内的一个圆球来描述。但大爆炸仅仅10-11秒之后,希格斯粒子便偏离了对称中心,抵达其最低能态,从而打破了这种对称性



这是LHC设备中ATLAS探测器得到了一幅图像,图中4条红线可能是μ子,它们可能是短寿命并瞬间衰变消失的希格斯粒子产生的



希格斯粒子在产生之后几乎瞬间就会衰变成两个光子,它们留下的路径(图中绿色),可以在这张来自CMS探测器的图像中观察到 图像来源:CERN,



尽管希格斯粒子的发现最终填补了标准模型中缺失的最后一环,但标准模型本身却并非揭开宇宙终极奥秘的最终一环

希格斯玻色子是赋予其他所有粒子质量的粒子,因此被称作“上帝粒子”。早在1964年,恩格勒、希格斯以及另外一位现已过世的物理学家一起提出了量子场方程,而希格斯还明确预言了希格斯场的存在。尽管这一理论在很长一段时间内都没有得到证实,但物理学界普遍都会用这种方法来证明亚原子粒子的质量。

之所以当时希格斯会提出这样的观点,是因为当时没有人可以解释为什么有些亚原子的粒子质量很大,有些质量却很小甚至没有质量。希格斯所设想的希格斯场能够与亚原子粒子相互作用,从而赋予它们质量。质量大的粒子与希格斯场相互作用多,而零质量的粒子则压根不与之发生相互作用。

费米实验室的粒子物理学家Don Lincoln在一个科普视频中拿游泳者和水作比喻。水就好比希格斯场,一只玲珑轻巧的流线型梭鱼与水的相互作用小,因此可以在水中自由自在地游动。梭鱼就好比是质量很轻的粒子。与之相对照的是他的好朋友艾迪,热爱吃甜甜圈的家伙,他就只能在水中缓慢移动。艾迪就好比是质量重的粒子,他与水的相互作用就多得多。

亚原子粒子中质量最轻的是电子,质量最重的当属顶夸克。它的质量甚至和黄金的原子差不多,大约是电子的35万倍。但是这里必须强调的是,顶夸克之所以具有更大的质量不是因为它的体积大,因为它并不比电子大。实际上,科学证明顶夸克和电子的体积是几乎相同的,都是零。于是,顶夸克之所以质量更大,就只是因为它与希格斯场的相互作用更多。如果说希格斯场并不存在,也就是说希格斯的假设并不成立,那么这些粒子的质量也就都是零了。

如今,人们并不太常用希格斯场这个概念,而是希格斯玻色子。简单来说,希格斯玻色子是希格斯场的组成单元。继续拿水作比喻,水是一种连续的介质,当中并无孔洞。而水都是由水分子组成的,即H2O——同理,希格斯场也就都是由希格斯玻色子组成。

直到最近,希格斯玻色子才被先进的实验仪器证实存在。于是诺贝尔奖终于实至名归。据官方推特称,希格斯本人在得知这一消息之后“非常开心,但手头还有许多重大问题有待研究”。他的假设在时隔近半个世纪之后终于得到了科学界最高级别的肯定。

关键字:上帝粒子

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2013/1009/article_26495.html
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