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上帝粒子

      上帝粒子也叫希格斯玻色子

      在粒子物理學里,標準模型是一種被廣泛接受的框架,可以描述強力、弱力及電磁力這三種基本力及組成所有物質的基本粒子。由于基本粒子和基本力形成了物理世界,所以,除了引力以外,標準模型可以合理解釋這世界中的大多數物理現象。最初,標準模型所倚賴的規范場論禁止基本粒子擁有質量,這很明顯地顯示出初始模型不夠完全。后來,物理學者研究出一種機制,能夠利用對稱性破缺來賦予基本粒子質量,同時又不會抵觸到規范場論。這機制被稱為希格斯機制。在所有解釋質量起源的機制之中,希格斯機制是最簡單、最被認可的一種。物理學者已完成很多實驗,并確實偵測到這機制引發的許多種效應,但是他們不確切了解這機制到底是怎么一回事。

      標準模型給出了自然界四種相互作用中的電磁相互作用和弱相互作用的統一描述,但是在能量低于一定條件后,電磁相互作用和弱相互作用將呈現為不同的相互作用,這被稱為電弱相互作用的對稱性自發破缺。希格斯粒子就是在標準模型解釋電弱對稱性自發破缺的機制時引入的。

      根據標準模型理論,宇宙空間中的各處,無論是真空中還是空氣中,甚至是物質的內部,都充滿了希格斯粒子(希格斯場)。希格斯粒子被認為是生成基本粒子的“質量”之源。雖然質量總是與“重量”聯系在一起,但嚴格說起來是不一樣的。質量應該是反映“物質運動的難易程度”(更為正確的說法是“改變物質速度的難易程度”)的物理量。

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1988年諾貝爾物理學獎獲得者萊德曼在其與和泰雷西合著的《上帝粒子:假如宇宙是答案,究竟什么是問題?》的結尾充分流露出了物理學家們對終極前景的渴望,他這樣寫道:“天空中出現了一道炫目的光芒,一束光亮照亮了我們這位沙灘主人。在巴赫B小調彌撒曲莊嚴、高潮的和弦配樂下,也可能是在斯特拉·溫斯基的短笛獨奏《春之祭》中,天空中的光慢慢地變成了上帝的臉,微笑著,但帶著極度甜蜜的悲傷表情。”

標準模型是這樣一個被物理學家們寄予很高期望的,通往終極的理論,然而標準模型自身有兩個很重要的缺陷:模型中包含了過多的參數,并且理論未能描述重力。而且正如本文一開始指出的,標準模型所預言的希格斯粒子卻始終未能在實驗中發現。萊德曼對希格斯粒子憂心忡忡,認為它是一個阻止我們獲得終極知識的“大壞蛋”。

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