作者：石兰（抄袭必究）
在粒子物理学的这个领域里，有一套用于描述弱力、强力和电磁力，以及组成所有物质的基本粒子理论，它被称为标准模型。而希格斯玻色子便是该模型中基本粒子里的一种，它具有自旋为零、生成之后就会立刻衰变等特性，它与一般基本粒子有所不同，因为希格斯玻色子可以为其他基本粒子赋予质量属性。尽管希格斯已被证实真实存在，但我们目前对它的了解程度还很有限，科学家们需要将“碰撞器”调整到更窄的交互当中，以制造出更多的希格斯玻色子，从而收集到更全面的数据来掌握这种神秘基本粒子的更多信息。众所周知，每一个基本粒子都需要通过与场不可见的实体交互后获取唯一属性，而赋予其他基本粒子质量的希格斯粒子，为何却如此难以捉摸？
早在1964年，物理科学家彼得希格斯发表了一篇具有重大意义的论文，并在文中对基本粒子具有质量的原因进行了假设。他预测存在一个可以渗透到太空、并拖拽通过它的所有东西的三维“场”，穿越场中的粒子会变得比一般粒子拥有更重的质量，这个领域后来被称为希格斯，若这个领域实际存在，那么就会有一个与其相关的粒子，它叫做希格斯玻色子。当时间快进48年之后，瑞士日内瓦的科学家宣布，他们发现了类似希格斯的粒子，若新的粒子结果是希格斯，那么近50年的粒子物理学理论将会被证实，并将希格斯玻色子与已知粒子结合到描述它们的方程之中，也就是所谓的标准模型。
科学家们对希格斯的探索，取得了公众对物理学不同于以往的关注度，它对于现在的物理状态而言尤为重要，决定着我们对物质结构的最终理解，但它却又如此的令人难以捉摸。事实上，之所以希格斯玻色子总是无法检测到，是因为其通过构造和关闭两个高能粒子碰撞器，而存在于这些碰撞器中的粒子，会在隧道加速之后粉碎到一起，从而产生了过剩的能量，甚至有时候还会形成新的奇特粒子。只有来自于CERN实验室的这个有史以来最强大的粒子对撞机（大型强子对撞机），才能够探测出足够高的能量产生一个希格斯粒子，而它的质量大约是质子质量的125倍左右。那么，希格斯粒子到底做了些什么，它又是如何赋予其他粒子质量属性的？
对于希格斯粒子而言，它最重要的任务就是赋予所有其他基本粒子质量，若没有它的存在，其他基本粒子都将因为太过松散而无法形成原子。除了没有光泽的胶子和光子以外，其他所有的基本粒子都是通过与希格斯场发生相互作用，从而获得它们的质量。而那些相对更难以穿过希格斯场的粒子，则会获取到更重的质量，比如极其“肥胖”的顶夸克，就与电子和中微子这些轻质粒子有所不同。我们都知道，在物理学中，当粒子和场发生相互作用的时候，必须存在一种粒子介导。比如，光子和光粒子介导与EM场的相互作用，并且其本身就是EM场的激发，当EM场将带有负电荷的电子拉向带正电的质子时，光子的瞬间弹出不过是为了协调粒子场中的相互作用，电子通过自身吸收和发射恒定的“虚光子”流穿过EM场。
沿着相同的思路，希格斯粒子也介导着与希格斯场之间的相互作用，并且其本身也是希格斯场的激发。在交换虚拟希格斯粒子的时候，粒子会被认为正在希格斯场中跋涉，因而获取到了相应的质量。并且，如果希格斯场变得尤为兴奋，那么，真实的希格斯粒子表面会在某个点上发生能量燃烧的现象，而检测这种突发粒子，就是物理学家确定该场本身存在的最好方式。科学家们在大型强子对撞机上，通过一些技术手段让这些原子组合在了一起，通过粉碎高速质子，让它们足以在较短的时间里产生125千兆电子伏特，在激发希格斯场的同时，爆发了希格斯玻色子的所有特征。
或许很多人都不会对大型强子对撞机（LHC）感到陌生，因其将一些称为强子的重型粒子撞击在一起而得名，当强子接近光速后便会开始粉碎。虽然在此之前，没有任何东西能够与其研究物理学前沿的能力相提并论。但是，这样的荣耀并不会永远存在，这个27公里的“电力环”将会在2035年左右熄灭，弄清希格斯玻色子的诸多谜团才是我们的根本目标。因而在这一天来临之前，科学家们提出了紧凑型直线对撞机(CLIC)的设计，希格斯玻色子的本质、它与顶夸克之间的关系，以及能否找到标准模型以外的提示，或许都能从CLIC中得到答案。
与大型强子对撞机相比，CLIC的设计相对更加简洁，CLIC加速的是电子和正电子这两种轻的基本粒子，它就像一个粉碎机，从11公里到50公里直线加速粒子。当然，所有这些令人期待的事都不是一蹴而就的，CLIC的第一代仅以380千兆电子伏特进行运营，这个数字看上去不到LHC最大功率的三十分之一。这个时候或许有人会提出这样一个疑问，如果下一代粒子对撞机，甚至还无法超越我们目前所能做到的事，那么开发使用它的意义是什么呢？其实，它们两个之间最大的区别就在于CLIC获取答案的方式更聪明。对于大型强子对撞机而言，它的主要科学目标是找到希格斯玻色子这种长期寻找的粒子，正是之前的不确定性，才有了这个通用调查工具的诞生。
然而，现在的情况却有所不同，因为我们已经知道希格斯粒子真实存在。CLIC的主要科学任务是在更易于研究的环境中，尽可能多的生成希格斯玻色子，以更多的帮助我们了解这种特殊的基本粒子。比如，希格斯玻色子之间是否也会有相互作用，它与标准模型中其他粒子之间的相互作用到底有多强？并且，还可以将相同的哲学运用于我们最不了解的顶夸克，以研究夸克这种粒子的衰变过程。LHC在寻找新物理和新粒子方面已然枯竭，即使还有一些剩下的时间，但这样的希望正在逐渐减小。
相反，虽然希格斯粒子和夸克看上去并不是一回事，但CLIC的设计却可以让其超越标准模型所设定的界限。比如，当其中存在一些奇异粒子或相互作用，便可能会对这两种粒子的行为产生一些微妙的影响，不管是衰变、还是相互作用的过程。虽然我们并不确定CLIC会发现些什么新的内容，但如果想要更加彻底地了解这些已知粒子和发现更多新的粒子，就必须超越目前的大型强子对撞机，而CLIC就可以通过大量的希格斯玻色子和顶夸克的原始生成，从而寻找到更多新物理的暗示信息。
联系客服
