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【转载】关于希格斯波色子(Higgs boson)的科普

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希格斯玻色子(英文:Higgs boson)是粒子物理学的标准模型所预言最后一种有待被实验证实的的一种基本粒子。标准模型共预言了62种基本粒子。希格斯玻色子是因物理学者彼得·W·希格斯命名,由于对于基本粒子的基础性质扮演极为重要的角色,因此在大众传媒中又被称为“上帝粒子”。希格斯玻色子是一种具有质量的玻色子。没有自旋,不带电荷,非常不稳定,在生成后会立刻衰变。
根据希格斯机制,有些基本粒子因为与遍布于宇宙的希格斯场彼此相互作用而获得质量,但同时也会出现副产品希格斯玻色子。希格斯机制为假定宇宙遍布著一种特别的量子场,称为希格斯场,能够与某些基本粒子相互作用,这相互作用的一个必然副产品就是尚未被发现的希格斯玻色子。这玻色子是希格斯机制的必然后果,是物理学者长久以来寻觅的对象,假若实验证实希格斯玻色子存在,则可给予希格斯机制极大的肯定,特别是对于为什么有些基本粒子具有质量这问题的解释,也可以确定标准模型基本无误。
2012年7月4日,欧洲核子研究组织宣布,大型强子对撞机(LHC)的紧凑渺子线圈(CMS)探测到质量为125.3±0.6GeV的新玻色子【这大家都知道吧】超环面仪器(ATLAS)测量到质量为126.5GeV的新玻色子。【希格斯玻色子为125GeV(1*10的9次方电子伏)】但还有待物理学者进一步分析来完全确定两个探测器探测到的粒子是否为希格斯玻色子。

希格斯场可以比拟为一池黐黏的蜜糖,黏着于某种尚未带有质量的基本粒子。当这种粒子通过希格斯场的时候,会变成带质量粒子。这比拟并不完全。第一、有些种类的粒子(例如光子、胶子)不会被蜜糖沾黏,这些粒子的质量为零。希格斯场与不同种类的粒子,两者之间的耦合不同。第二、蜜糖施加于被沾黏物体的作用力为阻力,不论物体的速度为何,都会感受到这阻力,而质量是与物体的加速度运动有关,物体质量越大,必须施加越大的作用力才能给出同样的加速度。
希格斯玻色子的衰变【太难就不讲了】
在量子力学里,假若粒子有可能衰变成一组质量较轻的粒子,则这粒子必会如此衰变。衰变发生的概率与几种因素有关:质量差值、耦合强度等等。标准模型已将大多数这些因素设定,希子质量是一个例外。假设希子质量为126 GeV,则标准模型预测平均寿命大约为1.6×10−22 Seconds。


1楼2016-06-17 09:09回复
    注释:
    1:“玻色子”是为了纪念希格斯和印度物理学家萨特延德拉·玻色而命名。玻色子的自旋为一定整数,其物理行为能够用玻色-爱因斯坦统计描述,且不遵守泡利不相容原理,即[处于单独一个量子态上的粒子数目不受限制。 ]
    2:尽管假若希格斯机制被证实,但它仍旧不能给出所有质量,而只能将质量赋予某些基础粒子。例如,像质子、中子一类复合粒子的质量只有1%是归因于将质量赋予夸克的希格斯机制,剩余99%是则是由夸克的动能与强相互作用的零质量胶子的能量。
    3:标准模型里,W+、W-玻色子和Z玻色子借应用希格斯机制于希格斯势获得质量,费米子则借应用希格斯机制于汤川势获得质量。
    4:在弱相对作用里,W玻色子与Z玻色子已被证实是借着这机制获得质量。


    4楼2016-06-17 09:09
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      希格斯势与希格斯场 有关。希格斯势的猜想形状好似一顶墨西哥帽。希格斯势与整个物理系统在 空间具有旋转对称性,即希格斯势与整个物理系统不会因 -复平面的旋转而改变。帽顶为希格斯势的局域最大值,其希格斯场为零(),但这不是最低能量态;在帽子的谷底有无穷多个简并的最低能量态。从无穷多个最低能量态之中,物理系统只能实现出一个最低能量态,这最低能量态的希格斯场不等于零,因此打破了旋转对称性。这现象就是自发对称性破缺。


      5楼2016-06-17 09:10
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        2011年7月22日,用作模拟宇宙大爆炸的“末日机器”LHC的两个实验区域Atlas和CMS以接近光速对撞超过180万亿个质子,从爆炸生成的粒子碎片和量子波动中,各自发现约30个疑似上帝粒子,其质量都是约143GeV。同时,这些对撞也排除其它上帝粒子出现的“质量范围”。 此外,位于美国芝加哥附近的Tevatron粒子加速器也传来好消息,它早前从对撞中发现,在142至148GeV之间出现“大量粒子”,而它们与LHC发现的粒子相似。而这一切如果属实的话,人类或许可能改变对这个世界的认知。
        2011年8月,欧洲核子研究中心表示,一些迹象表明,这种粒子也许真不存在,只是人们的“幻想”。 该机构2011年8月已经向在印度孟买召开的相关研讨会提交了报告,称通过其大型强子对撞机找到的实验数据都对找到希格斯玻色子的踪迹“意义不大”。与此同时,该中心许多科学家也认为“希格斯玻色子不存在”的可能性越来越大。 在粒子物理学的标准模型中,总共预言了62种基本粒子,其中61种都已被验证,唯独希格斯玻色子始终游离在物理学家的视野之外。找到这种粒子,就找到了建筑粒子物理学经典理论大厦的最后一块基石,如证明它不存在,整座大厦就要被推倒重建。” 欧洲核子研究中心研究主任塞尔希奥·贝托卢奇说:“如果希格斯玻色子真的不存在,那么它的缺位将使人们的目光转向‘新物理学’。” 许多世界顶级物理研究机构曾试图通过对撞试验寻找希格斯玻色子,但都没有成功。
        2011年12月13日,欧洲核子研究中心科学家示,他们发现了希格斯玻色子存在的迹象, 这种碎片有时被称为“上帝粒子”,因为它是宇宙中所有物质的质量之源。但是随后,欧洲科研人员又表示,现有数据无法确切证实,估计可能在2012年年底得到答案。对此,一些科学家提出质疑:1.考虑其它误差后,不能说找到了希格斯玻色子存在的证据。对欧洲实验室13号的结果,综合后的结论是无效的。 2.就是找到后,也只能解析为何其它粒子会有质量,而不是给物质以质量。3.有科学家认为,“上帝粒子”是媒体误导的夸大之词。
        2012年2月13日,欧洲核子研究中心对外宣布,欧洲大型强子对撞机2012年将以4万亿电子伏特的质子束流运行,比2010年和2011年时的能量高出0.5万亿电子伏特。科学家认为能量提高有助于寻找“上帝粒子”希格斯玻色子。
        2012年6月22日,欧洲核子研究组织表示,将于7月宣布大型强子对撞机是否发现上帝粒子。
        2012年7月4日,CERN宣布发现质量为125.3±0.6 GeV/c2 的新粒子,其行为方式和标准模型中的希格斯粒子相似,疑似上帝粒子。发布会尾声时,Heuer主管打出了一些字,其中将此次发现描述为“发现了一种和希格斯粒子的性质非常相符合的粒子。”


        7楼2016-06-17 09:10
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          于是在众玻色子中,只有希格斯玻色子不是[规范]的玻色子。但负责传递引力相互作用的玻色子——引力子则未能被包括入标准模型之中。
          规范玻色子的规范变换是可以准确地利用一个称为“规范群”的酉群去描述。强相互作用的规范群是SU⑶,而电弱作用的规范群是SU⑵×U⑴。所以标准模型亦被称为SU⑶×SU⑵×U⑴。
          希格斯玻色子源于标准模型,即使它对实验结果的解释很成功[预言的粒子的存在接近完全确认],但它也有很大的缺陷。首先,模型中包含许多参数,如各粒子的质量和各相互作用强度。这些数字不能只从计算中得出,必须由实验决定。其次,理论所预测的希格斯玻色子到现时为止仍未被确定。弱电对称破缺还没有满意的解释。再次,理论中存在所谓的自然性问题。最后,这理论未能描述引力。


          8楼2016-06-17 09:10
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