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最激动人心的科学发现――希格斯玻粒子

  • 更新日期 - 2019年11月27日 22:18

最激动人心的科学发现――希格斯玻粒子

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毫无疑问,2012年最激动人心的科学发现就是在CERN(欧洲核子研究中心)实验发现的一种新粒子。

这种粒子被大家认为极有可能是“希格斯玻色子”[1],它以物理学家彼得希格斯的名字命名。物理学家认为希格斯场使基本亚原子性的粒子拥有质量,包括夸克、轻子这些构成日常事物的基本粒子。希格斯玻色子的振造成了希格斯场中的振动,就像当你猛拉绳子时绳子产生的晃动。但这个场是如何赋予粒子质量的呢?这个问题让所有人都很疑惑。

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1993年,英国科技大臣要求物理学家们找出一个简单的方法来解释所有与希格斯相关的结果。给出的奖励是一瓶高品质香槟。获奖的解释大致是这样的假想一个在CERN实验室举行的酒会,出席的人都是粒子物理学家。这些物理学家代表了希格斯场。此时,一个收税员进入了聚会,显然从来没人愿意和征税的人谈话,于是他们很轻松的穿过人群来到了吧台,征税者不会和物理学家们有互动。同样,有一些粒子也不会和希格斯场有相互作用。

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这些不受影响的粒子比如光子,它们被称为零质量粒子。现在,假设彼得希格斯进入了这个房间,也许是为了喝一杯。这种情况下物理学家们立即会聚到希格斯教授周围,同他讨论交流那些为了测量希格斯粒子属性而做的工作。由于希格斯教授和人群密切的互动,他在房间里会走得很慢。因而,希格斯在与物理学家的互动作用影响下就成为了“一个有质量的粒子”。

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那么,如果那就是希格斯场的解释,希格斯玻色子又是怎么一回事呢?现在假定聚会者均匀分布在房间各处,假设现在有一个人在门口探头进来,说了一个传言,这个传言有关某个远方的某个对手实验室的新发现。靠近门的人会听见,但离门稍远的就听不见了。于是这些离门稍远的人就会向门口靠近,以便询问那些听到的人。这会挤出一个密度大的人群。

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当这些人听了传闻后他们会回来原来的位置来讨论这传闻的意义,但更远的人这时会来问“发生了什么”,这样又会形成一个密度很大的人群穿过房间的情状。这一堆人形成的波动,与希格斯玻色子形成的波动是相似的。需要记住的是,并不是有质量的粒子会与希格斯场有更多互相作用。

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就像在聚会的类比中,所有聚会者在进入房间之前都是毫无差别的一样,也就是说彼得希格斯教授与征税者在进入聚会前都是一样的,是他们与人群的相互作用导致他们“获得质量或者保持质量为零”。再强调一下,粒子的质量是来自粒子与场的相互作用。

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总之,一个粒子会获得多少质量取决于它和场是如何相互作用,就像不同人的穿过人群,行走的速度与他们(在人群中的)人气有关。希格斯玻色子是场中的一个波动,就像穿过房间的能引起人们骚动的传闻。当然,这个类比仅仅是个类比,不过这是目前我们能想到的最好的类比了。如上所述,便是希格斯场和希格斯玻色子。我们正在研究是否真的可以找到这个粒子,如果我们真找到了,奖品就不仅仅是一瓶香槟了。

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相关知识延伸阅读

[1]希格斯玻色子(英语:Higgs boson)是标准模型里的一种基本粒子,是一种玻色子,自旋为零,宇称为正值,不带电荷、色荷,极不稳定,生成后会立刻衰变。希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。根据希格斯机制,基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量。假若希格斯玻色子被证实存在,则希格斯场应该也存在乱欲大杂烩阅读免费,含紧不能掉下来耽美,而希格斯机制也可被确认为基本无误。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. Dervish Wang-喝茶咯!茗~~- Xuwen Zhu

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