上帝粒子——希格斯玻色子
自然界中物体之间的相互作用力可以划分为4种,即引力(重力)、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力。
爱因斯坦的相对论解决了重力问题之后,理论物理学家开始尝试建立统一的模型,以期解释通过后3种力相互作用的所有粒子,这就是标准模型。
该模型把基本粒子分为夸克、轻子和玻色子3大类,预言了62种基本粒子的存在。随着实验物理学家把加速器越造越大,标准模型预言的未知粒子全都在实验中现身,只有最重要的希格斯玻色子仍然“在逃”。
感动落泪地彼得·希格斯
瑞典皇家科学院2013年10月8日宣布,将2013年诺贝尔物理学奖授予比利时物理学家弗朗索瓦·恩格勒特和英国物理学家彼得·希格斯,以表彰他们描述了粒子物理学的标准模型,并成功预测希格斯玻色子(又称“上帝粒子”)的存在。他们的理论解释了这种亚原子粒子如何获取质量,继而最终形成我们认知的世界。
理论上提出粒子存在的是恩格勒特与已故同事罗伯特·布鲁特,他们于1964年提出标准粒子模型理论。希格斯同年提出一种粒子场的存在,预言存在一种玻色子,可以吸引其他粒子产生质量,是物质的质量之源,继而构筑我们认知的世界。 这种粒子后来被命名为“希格斯玻色子”,科学界随即进入近半个世纪的摸索,寻找这种粒子存在的证据。
欧洲核子研究中心2012年7月宣布,该中心两个大型强子对撞实验项目发现同一种新粒子,其许多特征与“希格斯玻色子”一致,2013年3月14日称更多数据分析表明,它就是“希格斯玻色子”。
为找到这种粒子,欧洲核子研究中心实验室在瑞士与法国边境地区地下一条长达27公里的隧道内,构建一台价值100亿美元的对撞机。 为找到这种粒子,需要数以千计科研人员和数以万亿计碰撞质子的数据,大型强子对撞机制造模拟宇宙大爆炸之后第1万亿分之一秒和2万亿分之一秒之间的能量。每1万亿次碰撞,才能产生一个“希格斯玻色子”。
在发现一种类似“希格斯玻色子”的新玻色子后,研究人员花了一些时间确认,这种粒子就是在原始模型中预测的“希格斯玻色子”,而不是一种“变体”。
它是现代物理学定义的一种粒子。该粒子自旋为整数,不遵守泡利不相容原理,低温时可发生波色-爱因斯坦凝聚。
科学家认为,宇宙大爆炸发生后不久,许多粒子都没有质量,但随后在希格斯场的作用下,粒子逐渐变重。任何与希格斯场相互作用的粒子都获得了质量。希格斯玻色子是希格斯场的信号粒子。
希格斯场是一种理论上定义的、看不见的能量场,该场遍布在宇宙中。它吸附基本粒子,阻碍基本粒子的运动并使它们获得质量。在希格斯场中,许多粒子会受到比其他场中更多的阻碍。
但光子则不受该场的阻碍。除光子外的其他粒子穿过希格斯场的情形,就像是掉进焦油坑的大象一样。因此,理论上讲,粒子可以没有质量,但宇宙大爆炸发生后不久,希格斯场的出现使粒子获得了质量。
希格斯玻色子的发现可以证明物理学标准模型是正确的。标准模型认为宇宙是在12种基本粒子和4种基本力的作用下形成的。标准模型预言了希格斯玻色子的存在,但是在过去的实验中却没有发现这种粒子。即便是发现了希格斯玻色子,也不能认为标准物理模型可以解释一切。
宇宙大爆炸
费米实验室理论物理学Joseph·Lykken,在美国科学促进会(AAAS)波士顿会议上发言称,如果希格斯玻色子的质量测算正确,(CERN大强子对撞机CMS测算为125.8GeV,ATLAS测算为125.2GeV),再综合现有数据,可以推算出我们的宇宙目前处于较高能量的不稳定态,在未来的随机的某一时刻,一个新的宇宙会在现有的宇宙中诞生,并随即以光速吞没现有宇宙。从理论上说,未来的某一时刻有可能就是明天,但概率极小,可能要等几十亿年后我们的宇宙才会毁灭。
他解释到,按现有理论,整个宇宙遍布希格斯场,其间充满了真空。根据希格斯玻色子的质量,可以去推测希格斯场和真空的属性。经计算发现,我们并没有生活在稳定的真空中,而宇宙最终必然会走到最低能量态的稳定量子真空。希格斯玻色子的质量告诉我们,目前的宇宙处于较高能量态的元稳定状态下,宇宙将需要经历一次相变,从而进入到最低能量态。
这个转变过程就像电脑重启一样简单,而我们可怜的人类,最多也就是电脑内存里面的数据——一重启,什么都没有了。
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