上帝粒子希格斯玻色子.docx

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1、上帝粒子希格斯坡色子10年前的2012年7月，世界沸腾了。物理学家们解开了一个困扰他们40年的谜团。当每个人都热情地握手时，一个老头老泪纵横，此人就是彼得希格斯(PeterHiggs)。这个消息证明，他对新的基本粒子的预测是正确的，这种粒子就是传说中的上帝粒子希格斯玻色子。想读明白这本书，得先了解一下基本粒子的知识。简单来说，基本粒子分两大类，费米子和玻色子。费米子是构成物质的基本粒子，比如我们熟悉的质子、中子、夸克等等，都是费米子。但是只有费米子是不能构成物质的，必须有东西把费米子装配起来才能构成物质。我们还需要费米子之间能够相互作用，而传递这个相互作用的粒子的统称就叫做玻色子。玻色子在粒子

2、间传来传去，负责产生相互作用力。自然界存在四大作用力，分别是引力、强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用。这四大作用力就是玻色子的功效。下图就是费米子和玻色子之间的关系，矩形框内的就是费米子，椭圆内的就是玻色子。可以看到，希格斯玻色子是决定粒子质量的一种玻色子。所有的粒子都可以归类为费米子和玻色子。费米子是领地中的隐土：没有两个费米子可以同时处于相同的量子态。这个规则被称为泡利不相容原理(Pau1iexc1usionprincip1e),它解释了电子填充原子周围的轨道的有序方式：一次一个，轮流排队，就像人们礼貌地在剧院的一排座位上依次就座一样。费米子趋向于彼此互相避让，服从化学定律，尤其是元素周

3、期表的结构、原子间化学键的规则以及磁体的特性。玻色子的特性与费米子相反。它们是群居的，多个玻色子可以同时处于相同的量子态，没有数目的限制。事实上，玻色子更喜欢成群结队某个状态下的玻色子数量越多对其他玻色子就越有吸引力。一个包含了99个玻色子的量子态的吸引力比一个空的量子态高IOO倍。从这个意义上讲,玻色子是根深蒂固的工匠和墨守成规者，它们喜欢合唱。彼得希格斯提出了一种新的基本力场的假设，这种相互作用将在弱场粒子中注入质量。无处不在的力场被称为希格斯场，与之相关的粒子被称为希格斯玻色子。希格斯认为，W和Z粒子会干扰希格斯场并产生质量，而光子则会无差别地迅速掠过，而不会产生任何质量。也就是说，如果

4、没有希格斯场，就没有质量，没有质量，质子的运动、停止、聚集和形成就会失控。没有它，我们就不会存在。然而，他的理论只是推测，始终无法证实。希格斯玻色子是出了名的难以捉摸，探测希格斯场需要的能量远远超过了现今主流的加速器所能提供的能量。止匕外，更大的能源带来更大的风险和成本。20年过去了,物理学家们仍然一无所知。1993年，美国物理学家利昂莱德曼(1eOn1ederman)和迪克特莱西(DiCkTereSi)撰写了上帝粒子。最初的书名是该死的粒子(goddamnpartic1e)o这反映了物理学家们在近20年的时间里无法找到它而极度沮丧。然而，出版商不同意，于是改为上帝粒子。后来，物理学家通过研究高速粒子碰撞中分散的碎片，发现了新的更小的基本粒子。这类似于研究一台电视机的内部结构，方法是研究从房顶扔下来的碎片。2012年，人类有史以来建造的最强大的粒子加速器大型强子对撞机以接近光速的速度对撞质子，最终在它们的内脏中发现了长期寻找的希格斯玻色子。不管是不是上帝粒子，这一发现都是开创性的，也许是我们短暂历史上最重大的发现之一。我们的祖先用棍棒出发,跟随潮湿的砾石，追踪小溪，攀登悬崖，探寻河流。现在，我们制造了高级的工具，正如阿瑟克拉克所说，这些工具与魔法无异。不久，我们将沿着小溪来到河边，将木棍固定在河边，开始史诗般的朝圣之旅。