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上帝粒子是什么,希格斯玻色子被发现有什么用

发布日期:2012-7-5 15:10:50

  希格斯玻色子(或称希格斯粒子、希格斯子Higgs boson)是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子,至今尚未在实验中观察到。它也是标准模型中最后一种未被发现的粒子。物理学家希格斯提出了希格斯机制。在此机制中,希格斯场引起自发对称性破缺,并将质量赋予规范传播子和费米子。希格斯粒子是希格斯场的场量子化激发,它通过自相互作用而获得质量。2012年7月2日,美国能源部下属的费米国家加速器实验室宣布,该实验室最新数据接近证明被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子的存在。

科学家发现“上帝粒子” 或改变对宇宙理解
7月4日由欧洲核子研究中心发布的质子对撞后形成的运动轨迹效果图。

欧洲核子研究中心7月4日在瑞士日内瓦和澳大利亚墨尔本召开“高能物理跨洲视频会议”,欧洲核子研究中心主管罗尔夫·豪雅在会议上表示,他们发现了一种新的粒子,而这种粒子很可能就是寻找多年的“上帝粒子”——希格斯玻色子。“上帝粒子”将是人类认识宇宙的一面最直接的镜子:因为如果作为质量之源的它确实存在,物理学家就可能因此推测出宇宙大爆炸时的情景以及占宇宙质量96%的暗物质(包括暗能量)的情况。

由于很多粒子的存在时间非常短,无法被观测到,物理学界一直利用最后观测到的光子等其他粒子来反推它们是由什么粒子衰变而成的。

为了发现希格斯玻色子,也为了探索宇宙起源,包括中国在内的世界多国共同资助欧洲核子研究中心兴建了大型强子对撞机(LHC)。该设备位于瑞士和法国边境地区地下100米深的隧道中,总长约27公里。LHC上主要有4套大型实验装置,其中使用液体探测器的紧凑缪子线圈(CMS)装置是专门用来寻找希格斯玻色子和宇宙暗物质的,而使用晶体(双光子道)探测器的超面环仪器(ATLAS)装置则被用来寻找额外维度和质量起源等问题,而质量起源同希格斯玻色子息息相关。

CMS发言人乔·因坎德拉在会议上演示了观测数据,并给出了根据该数据进行运算的最终结果。根据双光子事件、双Z玻色子和4轻子事件的观测结果证明,CMS已经观测到了一种新的粒子,“虽然是初步的结果,但数据很给力!”乔表示,该玻色子质量在125.3±0.6京电子伏(GeV),置信区间为5个标准差,即有99.99994%的可信度表明该粒子存在。根据此前顶夸克发现的前例,发现该粒子时,置信区间也是5个标准差,可以宣布发现了新粒子。

ATLAS主管费碧欧拉女士表示,他们的项目也发现了新的玻色子,质量为126.5GeV,置信度为5个标准差。但她表示,这只能证明ATLAS观测到了新的粒子,究竟是不是希格斯玻色子还有待确认。但是给出的数据表明,ATLAS观测的新粒子与标准模型里的希格斯玻色子相符的置信度已经达到了4.6个标准差——相当接近可以宣称为发现的5个标准差了!

两人的发言引来了在场观众经久不息的掌声。欧洲核子研究中心总监塞尔焦·贝托鲁齐表示,我们正处在一个关键节点:新粒子的发现,将使我们将来能够对实验数据进行更加详尽的解读。

希格斯玻色子理论的创始人彼得·希格斯教授也应邀出席了会议,这位83岁的英国老人兴奋得像个孩子,他向欧洲核子中心表示祝贺,他说,“很高兴我能活着看到这一天的到来”。

理论物理学家霍金认为,人类在很长一段时间内不可能发现希格斯玻色子。不过,他为此打赌的100美金还没有输掉,因为今天的会议依然无法证实,人们发现的粒子无疑就是希格斯玻色子。

乔和费碧欧拉在会后的新闻发布会上反复向媒体表示,今天的结果只能证明我们发现了符合标准模型的新玻色子,这种玻色子究竟是什么还无法确认,但罗尔夫·豪雅表示,“我们发现的是一种新粒子,这才是让我们激动的地方”。CMS小组也在其网站上表示,虽然我们发现了符合希格斯玻色子基本模型的粒子,但并没有确认发现希格斯玻色子,因为我们仅仅关注了该粒子的质量本身,它可能是其他具有该质量的粒子。为了确认所发现的就是希格斯玻色子,我们还需要确认它的自旋为0,正确的耦合比,等等。这些将是我们今后的工作,但这个发现依然让人激动。

是的,无论确定与否,这都将是本年度甚至是今后十年间物理学界最重要的发现。罗尔夫·豪雅在会议结束前深情地向世界各地的科学家和爱好者表示,今天的成就是世界各国共同努力的结果。“今天是历史性的里程碑,但仅仅是个开始”。

正如欧洲核子研究中心官方宣称的那样:“希格斯玻色子触手可及。”“我们对宇宙的理解,将要改变!”

质量的起源

周宇峰(中科院理论物理研究所研究员):目前已知构成物质世界的基本组元是夸克和轻子,它们都是费米子。如果我们对质量起源理解正确,应该有一种新的基本粒子存在,即希格斯粒子,俗称“上帝粒子”,它是玻色子,这是一种完全不同性质的基本粒子。

在描述人类对物质世界基本组元的认识的粒子物理标准模型这一理论中,要想回答质量的起源问题,需要引入一个物理机制,通常被称为希格斯机制。这一机制预言了存在一种新的粒子,即希格斯粒子。

目前,粒子物理标准模型所描述的所有物理现象和现有实验结果几乎全部吻合,只有希格斯粒子没有被发现,因此数十年来物理实验研究的重要目标就是寻找希格斯粒子。

位于欧洲核子研究中心的大型强子对撞机的主要目标就是寻找希格斯粒子。在欧洲核子研究中心有上千名科学家参与到寻找该粒子的相关工作中。欧洲核子研究中心公布了最新的实验结果,找到了该粒子存在的强有力证据。目前观测到的是,一个新的粒子衰变到两个光子的信号,以及其他的辅助信号,强有力地支持了看到的新粒子就是希格斯粒子。

当然,现在看到的这个新粒子是否就是希格斯粒子,还有待进一步确认。一旦确认,这将是粒子物理学领域划时代的进步,必将帮助人们深刻理解质量的起源。

希格斯玻色子是什么?

经过长期研究和探索,科学家们建立起被称为标准模型的粒子物理学理论,它把基本粒子分成3大类:夸克、轻子与玻色子。

标准模型预言了62种基本粒子的存在,希格斯玻色子是最后一种未被证明存在的基本粒子,由于它难以寻觅又极为重要,因此也被称为“上帝粒子”。

英国科学家彼得·希格斯提出了希格斯场的存在,并进而预言了希格斯玻色子的存在。假设出的希格斯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。其他粒子在希格斯玻色子构成的“海洋”中游弋,受其作用而产生惯性,最终才有了质量。尔后所有的粒子在除引力外的另3种力的框架中相互作用,统一于标准模型之下,构筑成大千世界。

由于希格斯玻色子是最后一种未被发现的基本粒子,对完善粒子物理学理论“大厦”有重要意义。科学界相信它的存在并认为发现它只是时间问题。(

上帝粒子找到了又能怎么样?

  经常会有人提这样的问题,花那么大的代价,那么多的人力物力,去寻找什么玄而又玄的希格斯粒子,到底有什么用?到底值不值?

  物理学家会用一句话来回答这个问题:人和蚂蚁不同,我们有求知欲,我们需要了解生命和宇宙的机制。

  事实上,科学上很多重要的发现都不是出于功利的目的。人之所以和世界上其他的动物不同,就在于人有好奇心,人有求知欲。我们从哪里来?我们到哪里去?这个世界到底是什么?对这些终极问题的求索,使得人类世界与动物世界有了根本不同的面貌。

  即便是从功用的角度说,历史的经验总是证明了,科学真理的发现一定会给我们的实际生活带来有用的影响。比如说,当年创建量子力学的那些物理学家,他们的兴趣也许只为探索物质世界的终极奥秘,但如果没有建立在量子力学基础上的半导体理论,电子计算机的发明就完全不可能,我们今天信息时代的生活也就不可想象。