什么是“上帝粒子”?
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/12/22 17:57:37
什么是“上帝粒子”?
什么是“上帝粒子”?
什么是“上帝粒子”?
在粒子物理学的标准模型里,希格斯玻色子（英语：Higgs boson）是假想的一种带质量基本粒子,是唯一尚未被证实存在的粒子.[2]希格斯玻色子是标量玻色子,自旋为零,因物理学者彼得·希格斯而命名,又称为“上帝粒子”.[注 1]
希格斯机制试图解释为什么负责传递弱相互作用的W及Z玻色子具有质量,而负责传递电磁相互作用的光子不具有质量.在标准模型里,电弱对称性破缺促使规范矢量场获得质量,但又额外生成了多余的零质量戈德斯通玻色子.选择适当的规范,可以除去这零质量戈德斯通玻色子,只存留带质量标量场（希格斯玻色子）与带质量规范矢量场（W及Z玻色子）.这整个过程称为希格斯机制.假若实验证实希格斯玻色子存在,则可给予希格斯机制极大的肯定,特别是对于为什么某些基本粒子具有质量这问题的解释,也可以确定标准模型基本无误.[注 2]有些理论不需要希格斯玻色子的存在.这些理论称为无希格斯模型.假若希格斯玻色子被证实不存在,则物理学者可能会改聚焦于这些理论.
粒子物理学者认为物质是由基本粒子组成的.1960年代初期,物理学者提出很多关于这些基本粒子之间的理论,但是他们知道这些理论并不完备,其中有一大疏漏,即这些理论无法解释为什么基本物质会具有质量性质,然而戈德斯通定理似乎否定了很多显而易见的解答.
自发对称性破缺会产生戈德斯通玻色子.按照希格斯机制,规范玻色子会吸收戈德斯通玻色子,并且获得质量,同时维持规范不变性.菲利普·安德森于1962年在一篇关于超导体的论文里,提出一种自发对称性破缺理论.[8]他指出,在超导体里,因为电磁相互作用,戈德斯通玻色子会转变为等离子体子,因此猜测戈德斯通玻色子问题可以在相对论性模型里得到解决.[9]于1964年,分别有三组研究小组几乎同时地独立延伸发展出相对论性模型,其中,一组为弗朗索瓦·恩格勒和罗伯特·布绕特,[10]另一组为彼得·希格斯,[11]第三组为杰拉尔德·古拉尼、卡尔·哈根和汤姆·基博尔.[12]他们分别发表探讨希格斯机制的论文,在《物理评论快报》50周年庆祝文献里被公认为里程碑论文[13].这六位科学家因此荣获2010年的理论粒子物理学樱井奖[14] .
于1967年,史蒂文·温伯格与阿卜杜勒·萨拉姆首先应用希格斯机制于电弱对称性破缺,并且描述希格斯机制怎样能够被并入稍后成为标准模型一部分的谢尔登·格拉肖的电弱理论.[15][16][17] 希格斯机制不但解释了电弱矢量玻色子怎样获得质量,并且预测W玻色子和Z玻色子之间的比率和耦合,还预测这些玻色子与标准模型的夸克、轻子之间的耦合.经过在大型电子正子对撞机（LEP）和史丹佛线性加速器（SLAC）做精密测量实验,很多预测都已经核对证实,因此确认希格斯机制的确发生于大自然.[18]物理学者仍旧不清楚希格斯机制到底是怎样发生,他们希望能从寻找希格斯玻色子所得到的结果获得一些这方面的证据.
希格斯玻色子并不是希格斯机制的严格必定后果：希格斯玻色子只存在于一些希格斯机制理论,而不是所有希格斯机制理论.例如,希格斯玻色子存在于标准模型与最小超对称标准模型,而不预期存在于像彩色模型一类的无希格斯模型.大型强子对撞机与兆电子伏特加速器的重要目标就是分辨这些模型与确定希格斯玻色子是否存在.
标准模型的粒子之间相互作用摘要图