第两百八十二章上帝粒子

　　1964年时候不列颠物理学家彼得·希格斯发表了一篇学术理论文章，提出一种粒子场的存在，预言一种能吸引其他粒子进而产生质量的玻色子的存在。他认为，这种玻色子是物质的质量之源，是电子和夸克等形成质量的基础，其他粒子在这种粒子形成的场中游弋并产生惯性，进而形成质量，构筑成大千世界。

　　在标准模型中，预测各种粒子，而这些粒子都被相继发现，目前就只剩下这个神奇的粒子，而这个粒子被别人以‘希格斯’的名称名称，成为‘希格斯玻色子’，外号为‘上帝粒子’。

　　希格斯是粒子物理中的大牛，他提出了希格斯机制，在此机制中，希格斯场引起电弱相互作用的对称性自发破缺，并将质量赋予规范玻色子和费米子。希格斯粒子是希格斯场的场量子化激化，它通过自相互作用而获得质量。

　　而欧洲大型强子对撞机，就有机会发现希格斯粒子。

　　而说起希格斯和希格斯玻色子，又不得不提起布劳特、恩格勒。

　　希格斯和布劳特、恩格勒虽然分属不同的国家，但在物理界他们却被视为同一团体，希格斯机制在欧洲核子中心的官方称谓是布劳特-恩格勒-希格斯机制。

　　可惜在希格斯玻色子被发现后，彼得·希格斯和弗朗索瓦·恩格勒同时获得诺贝尔物理奖，而让人遗憾的是罗伯特·布劳特在此之前已经故去，无缘该奖项。

　　换句话说，如果希格斯玻色子在布劳特去世之前被发现，那么到时候登上诺贝尔物理奖领奖台的就会是他们三人，而不仅仅是希格斯和恩格斯。

　　得知此次欧洲大型强子对撞机启动的一个目标是寻找‘上帝粒子’希格斯玻色子，刘一辰便起了好奇心，开始研究起希格斯玻色子的相关论文和文章。

　　在标准模型理论中，基本粒子分成3大类：夸克、轻子和玻色子。标准模型的缺陷，就是该模型无法解释物质质量的来源。在本质上，这个场就像一池黏黏的蜜糖，除了非质量的基本粒子，通过此场的时候，会将粒子转变成带有质量的粒子，就像是原子的成分。在标准模型中，希格斯粒子包含了一个中性与两个带电成分的区域。两个带电和一个中性区域皆是希格斯玻色子，是纵向三极化分量带质量的W+、W-和Z玻色子。

　　目前理论学家预测新的物理学会建构在标准模型之上能量在TeV的尺度，基于不足的标准模型性质。希格斯粒子可能的最大质量是1.4TeV。

　　而研究希格斯粒子，又不得不研究标准模型。

　　粒子物理学在20世纪50年代，经历了一个短暂的困难时期，按照诺贝尔奖得主、电弱统一理论提出者之一的斯蒂芬·温伯格的话来说那是“一个充满挫折与困惑的年代”，几乎当时已经应用的理论都遇到了很大的问题。

　　而就在这一个时期，诞生了一位杰出伟大的理论物理学家——杨震宁！

　　1952年杨震宁在统计力学方面的特色是对扎根于物理现实的普遍模型的严格求解与分析，从而漂亮地抓住问题的本质和精髓，因此他和合作者发表了3篇有关相变的重要理论，后来被称为‘相变理论’。1957年，杨震宁与合作者发表一系列关于稀薄玻色子多体系统的论文，弱相互作用中宇称不守恒与玻色子多体问题震惊了整个物理学界，使得他和李政道获得了诺贝尔物理学奖。而在20世纪60年代，寻找具有非对角长程序的模型的尝试将杨震宁引导到量子统计模型的严格解，这一时间杨-Baxter方程诞生了。

　　于是，基于杨-米尔斯方程的非阿贝尔规范场理论，逐步构建完成了现代的标准模型理论，从此标准模型成为粒子物理学的主流，标准模型共预测62种粒子，它的很多预言不断为一个又一个激动人心的实验成果所证实，预测的62种粒子已经验证了61种粒子，只剩下最后一种的‘希格斯玻色子’至今未曾发现。

　　而标准模型理论，诞生了一位位杰出数学家，可以说是诺贝尔物理学奖拿奖拿到手软。

　　“标准模型理论的创立，当真是够伟大的，给人类带来难以想象的财富！”刘一辰越是深入了解，越是感慨。

　　这半个世纪粒子物理发展迅猛非常，可以说都是挖掘标准模型这一座宝藏。

　　而现在这座宝藏，最后最值得挖掘的就属‘上帝粒子’希格斯玻色子。

　　标准模型包含费米子及玻色子两类——费米子为拥有半整数的自旋并遵守泡利不相容原理的粒子；玻色子则拥有整数自旋而并不遵守泡利不相容原理。简单地说，费米子组成物质的粒子，而玻色子负责传递各种作用力。电弱统一理论与量子色动力学在标准模型中合并为一。

　　这些理论都基于规范场论，即把费米子跟玻色子配对起来，以描述费米子之间的力。由于每组中介玻色子的拉格朗日函数在规范变换中都不变，所以这些中介玻色子就被称为“规范玻色子”。

　　标准模型所包含的玻色子有：负责传递电磁力的光子；负责传递弱核力的W及Z玻色子；负责传递强核力的8种胶子。

　　希格斯玻色子也是一种玻色子，然他它与这些规范玻色子不同，希格斯粒子负责引导规范变换中的对称性自发破缺，是惯性质量的来源，因此并不是规范玻色子。

　　在20世纪60年代，杨-米尔斯理论无论应用到弱还是强相互作用中所遇到的主要障碍就是质量问题，由于规范理论规范对称性禁止规范玻色子带有任何质量，然而这一禁忌却与实验中的观测不相符合，如果不能解决质量问题，将使得整个研究失去基础。

　　一开始人们试图通过自发对称破缺机制，即打破规范理论中对拉氏量对称性的严格要求，使得物理真空中的拉氏量不再满足这种对称性，然而到了1962年，每一个自发对称性破缺都被证明必定伴随着一个无质量无自旋粒子，这无疑也是不可能的。

　　1964年，希格斯解决了这个问题，使得自发对称性破缺发生时，那个无质量无自旋粒子仍然存在，但它将变成规范粒子的螺旋性为零的分量，从而使规范粒子获得质量，这就是希格斯机制。

　　通过希格斯场产生对称性破缺，同时在现实世界留下了一个自旋为零的希格斯粒子。

　　希格斯粒子之所为是‘上帝粒子’，之所以这么重要，可以说它是整个标准模型的基石之一，如果希格斯粒子不存在，将使整个标准模型失去效力。

　　“刘，怎么样，这段时间你都在忙什么？”耳边传来威腾的话。

　　刘一辰抬头看了一眼，说道：“正在研究‘希格斯粒子’！”

　　“‘希格斯粒子’？看来你对于粒子物理很感兴趣啊，怎么样，有没有发现？”威腾笑着说道。

　　其实说这话，更是随意，因为刘一辰并非这个领域的，这么短时间又怎么可能会有发现呢，单单看材料都不够。

　　而且这些年，关于‘希格斯粒子’这个‘上帝粒子’到底存不存在，争议很大，因为在其他61种粒子都被寻找验证到，希格斯粒子却始终游离于物理学家的视野之外。

　　如果找到这种粒子，就找到了标准模型这个粒子物理学经典理论大厦的最后一块基石。如果证明它不存在，那么整个标准模型大厦就要被推倒重建。

　　正如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’。”

　　而目前，许多世界顶级物理研究机构曾试图通过对撞实验寻找希格斯玻色子，但都没有成功。

　　比如2010年7月13日多家媒体报道，美利坚费米实验室的万亿电子伏加速器很可能已经发现了希格斯玻色子。还有2011年4月26日多家媒体报道，LHC已经发现了传说中的‘上帝粒子’——希格斯玻色子。

　　不久之前，也就是2011年12月13日，欧洲核子研究中心宣布发现了希格斯玻色子的踪迹，两个实验小组的负责人宣布，他们在大致相同的124-125GeV的位置，也就是相当于130倍质子质量的位置上看到了数据的‘峰值’。

　　但是这仅仅只是希格斯玻色子的踪迹，却不代表着证实它存在以及确定就是它。

　　所以，这也是有即将开始的LHC启动实验。

　　“威腾教授，不知道你可否调集去年LHC的实验数据以及费米实验室数据？”刘一辰看向威腾教授：“我想我在‘上帝粒子’上发现了一些奇特的东西，不过我现在需要实验数据来进行分析和支撑。”

　　“刘，你是认真的！？”威腾一愣，不过紧接着变得严肃起来。

　　作为一名理论物理学家，他对待科学还是非常严谨的。

　　“当然，不过这一切都得经过数据来分析，也许我的推算是错的，也说不定！”刘一辰说道。

　　毕竟，没有试验数据的情况下，一切都是推测，并不一定真的。


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