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希格斯玻色子是如何被理论上预言的?
   主要源于量子场论的两个成果,物理学家一开始并没有看出这两个成果的深刻联系。第一个成果是和杨振宁先生密切相关的Yang-Mills理论,第二个成果是Goldstone定理。

   杨振宁先生在物理学上最重要的贡献,并不是和李政道先生一起发现的宇称不守恒。他最重要的贡献是50年代和Mills提出的Yang-Mills场论。Yang-Mills场论不允许有静质量的玻色子存在,而当时实验结果暗示传递弱相互作用的玻色子是有质量的,因此Yang-Mills场论未受重视。

   另一方面,Jeffrey Goldstone在1962年证明了量子场论中,一个真空态存在自发对称破缺的标量场(自旋=0的场),会伴随着一个质量,电荷,自旋都是零的粒子出现。自然界当然没有这种粒子,所以Goldstone定理一开始只被看成一个数学游戏。

   Yang-Mills场论和Goldstone定理就这样同命相怜。时间很快到了1964年,量子场论出现了重大突破,Brout,Englert和Higgs等人的工作让前面这两个屌丝理论一夜之间合体成了高富帅理论。他们发现这两个理论是完美的互补!Yang-Mills场论通过某些限定条件(学名规范对称性)限制了玻色子的形式,希格斯(Higgs)等人证明这些玻色子和Goldstone定理中的对称破缺后标量场相互作用,会获得静质量,同时标量场剩余的部分就对应自旋为0但是有静质量的粒子。有些眼熟?没错,这就是希格斯机制和希格斯玻色子!

   这就是希格斯机制的意义,同时挽救了Yang-Mills场论和Goldstone定理,一箭双雕,一石二鸟。之后进一步研究可以发现电子和夸克等费米子也能通过希格斯机制获得静质量。随后温伯格,萨拉姆,格拉肖三位物理学家通过希格斯机制实现了电磁相互作用和弱相互作用的统一,并因此获得1979年诺贝尔物理学奖。

   粒子物理学的标准模型,就是包含希格斯机制的电弱统一理论,和描述强相互作用的量子色动力学(QCD)。而希格斯机制要求希格斯玻色子的存在。一旦找不到希格斯玻色子,那么标准模型就需要修改,物理学家必须给出其它的原因来解释Yang-Mills规范玻色子和费米子的质量来源,模型都比希格斯机制复杂。

   7月4日公布的新粒子,CERN方面通过分析数据,说可以确定95%以上的可能性就是标准模型中的希格斯玻色子。作为标准模型中最后一个被实验发现的粒子,可以说这次发布的结果标志着标准模型的实验证据完善。但标准模型并不是物理世界的终极理论,因为他的基础——量子场论本身就不是终极的物理理论。

   在更小的时空尺度下,基本粒子们所符合的可能是含有超对称的量子场论,而标准模型只是它在稍大尺度下的近似。如果时空尺度小到普朗克尺度之下,可能是超弦理论等含有引力的更深层次理论来主导这个世界。当然寻找相应的实验证据需要更大更贵,更耗能的加速器,甚至也许会超过人类文明的极限。

   无论如何,人类还走在这条发现宇宙最基本单元的路上,LHC的下一个目标是验证超对称。超对称是费米子和玻色子之间的深层次的内在联系,它如果存在,基本粒子的数量会翻番,三维空间也不再会满足要求,超弦理论就是超对称和弦论的结合,它要求空间是九维甚至是十维。人类对空间的观念将会产生变革。

   最后还要补充一下,媒体总用“上帝粒子”来代表希格斯玻色子,实际上诺贝尔物理学奖得主Lederman在其介绍希格斯玻色子科普书中,想把让物理学家头疼的希格斯玻色子起个外号“Goddamnparticle”。出版商觉得不妥,遂改为“God particle”。也就是说,别以为希格斯玻色子和上帝真有什么关系。
本文摘自:网络
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