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“希格斯玻色子”的简易版科普

已有 5432 次阅读 2012-7-7 06:35 |系统分类:科普集锦| 科普, 希格斯玻色子

      7月4日,欧洲核子中心(CERN在日内瓦的总部举行两个物理学报告和新闻发布会,报告会上,由大型强子对撞机的两个实验组CMSATLAS宣称他们都获得了五个标准差的置信度,官方表述是:发现了一个新的亚原子粒子,该粒子非常像希格斯玻色子(they had discovered a new subatomic particle that looks for all the world like the Higgs boson)。

    这个粒子产生于质子和质子的剧烈碰撞中,然后因不稳定而衰变成两个光子,或衰变成两个带电的中间玻色子W,或衰变成两个中性的中间玻色子Z,或衰变成夸克或τ轻子,物理学家就是靠探测这些衰变后的产物(有些产物自己也不稳定衰变成其他粒子,如Z衰变成轻子)发现这个粒子的。现在看,虽然我们不能完全肯定它就是希格斯粒子,但它的衰变方式几乎和希格斯粒子一样,也许我们可以说我们已经看到了希格斯粒子。

      为什么物理学家们甚至公众对这个发现特别感兴趣,有的物理学家在听CERN的报告时甚至流泪了?我想至少有两个原因。第一个原因,希格斯等人1964年就提出了希格斯机制,在这个机制中,传递相互作用的粒子如中间玻色子“吃掉”几个希格斯粒子后变重了,此前中间玻色子的前身是没有质量的。剩下的希格斯粒子自己也变重了。从希格斯机制的提出到今年,48年过去了。1967年,温伯格利用希格斯机制建立了弱电统一模型,在这个模型中,不仅中间玻色子和希格斯粒子有质量了,其他物质粒子通过与希格斯场的相互作用也获得了质量。弱电模型是如今粒子标准模型的一个部分,它的建立到今年也有45年了。45年过去了,标准模型的预言被实验物理学家在不同的高能粒子加速器上一一验证,唯独没有发现这个最重要的希格斯粒子。今天,我们终于看到了(严格意义上还需要检验几个理论预言才能百分百肯定),谁能不激动呢?我们激动的第二个原因是,从标准模型预言的中间玻色子被发现到今天,粒子物理学虽然也有一些发现,都不是能够改变我们认识的发现,粒子物理学家实在也等急了。而发现中间玻色子的年份是1983年,到今年几乎30年了。所以,可以肯定地说,希格斯粒子的发现是粒子物理学过去30年最重要的发现。如果考虑到希格斯粒子在基础物理中扮演的角色,这个发现甚至可以说是过去一段时间最重要的发现之一,如果不比宇宙加速膨胀的发现更重要的话。

     希格斯粒子的发现——我再重复一下,这是我个人的看法,因为实验物理学家会说这是很像希格斯粒子的一个粒子——也是人类理性的胜利。数理科学家们特别相信理性在自然界中扮演的角色,有个故事说,爱因斯坦在得知某项实验与他的狭义相对论不吻合时淡定地说,太可惜了上帝没有按照狭义相对论办事。事后证明,那个实验做错了。物理学家们有时对自己的漂亮理论就这么自信。在某种意义上,利用希格斯机制的标准模型确实是解释这个世界物质结构的最简单的理论,如果希格斯粒子不存在,那么我们也会说一句,太可惜了。



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