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上帝粒子(波粒二象性)

wangsihai

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上帝粒子是什么?

上帝粒子

也叫希格斯玻色子

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。

英国物理学家希格斯(P.W.Higgs)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。

幻影粒子-希格斯(Higgs) 粒子

自1899年汤姆逊爵士发现电子开始,直至如今,在一个多世纪的时间里,人类一直孜孜不倦的探索着微观世界的奥秘。当1995年3月2日,美国费米实验室向全世界宣布他们发现了顶夸克时,一套称之为标准模型的粒子物理学模型所预言的61个基本粒子中的60个都已经得到了实验数据的支持与验证,看上去标准模型马上就要获得决定性的胜利,对物质微观结构的探索已经到达了它的尾声,似乎人类也马上就要听到这一跌宕起伏的,充满了高潮与华彩的探索乐章的终曲,但是仍然有一个粒子,游离在这座辉煌的大厦之外,仿佛一个幽灵,这就是希格斯粒子,而且就是这个粒子可能会击垮整座大厦。但是也许会为我们揭示出一条全新的探索旅途。就让我们先来回顾一下上个世纪中期以来粒子物理学的发展历史,以及现在处于主流的标准模型理论。

标准模型

粒子物理学在上个世纪50年代,经历了一个短暂的困难时期,按照诺贝尔奖得主,电弱统一理论提出者之一的斯蒂芬·温伯格的话来说那是“一个充满挫折与困惑的年代”,几乎当时已经应用的理论都遇到了很大的问题。这些困惑激励着物理学家们给出新的解答,从60年代开始,基于杨-米尔斯的非阿贝尔规范场理论,逐步构建完成了现代的标准模型理论。今天,标准模型早已成为粒子物理学的主流理论,它的很多预言不断为一个又一个激动人心的实验成果所证实。标准模型是一套描述强作用力、弱作用力及电磁力这三种基本力及组成所有物质的基本粒子的理论。它属于量子场论的范畴,但是没有描述重力。

标准模型包含费米子及玻色子两类-费米子为拥有半整数的自旋并遵守泡利不兼容原理(这原理指出没有相同的费米子能占有同样的量子态)的粒子;玻色子则拥有整数自旋而并不遵守泡利不兼容原理。简单地说,费米子组成物质的粒子,而玻色子负责传递各种作用力。电弱统一理论与量子色动力学在标准模型中合并为一。这些理论都基于规范场论,即把费米子跟玻色子配对起来,以描述费米子之间的力。由于每组中介玻色子的拉格朗日函数在规范变换中都不变,所以这些中介玻色子就被称为“规范玻色子”。

标准模型所包含的玻色子有:负责传递电磁力的光子;负责传递弱核力的W及Z玻色子;负责传递强核力的8种胶子。

我们最初提到的希格斯子,也是一种玻色子,然而它与上述这些规范玻色子不同,希格斯粒子负责引导规范变换中的对称性自发破缺,是惯性质量的来源,因此并不是规范玻色子。那么为何质量问题如此重要呢?要解答这个问题,必须回到20世纪60年代理论探索的开始阶段。在研究过程中,杨-米尔斯方法无论应用到弱还是强相互作用中所遇到的主要障碍就是质量问题,由于规范理论规范对称性禁止规范玻色子带有任何质量,然而这一禁忌却与实验中的观测不相符合,如果不能解决质量问题,将使得整个研究失去基础。一开始人们试图通过自发对称破缺机制,即打破规范理论中对拉氏量对称性的严格要求,使得物理真空中的拉氏量不再满足这种对称性,然而到了1962年,每一个自发对称性破缺都被证明必定伴随着一个无质量无自旋粒子,这无疑也是不可能的。1964年,英国物理学家希格斯(Higgs)解决了这个问题,使得自发对称性破缺发生时,那个无质量无自旋粒子仍然存在,但它将变成规范粒子的螺旋性为零的分量,从而使规范粒子获得质量。这一方法被今天的标准模型所借鉴,标准模型通过引入基本标量场——希格斯场来实现谓希格斯机制。通过希格斯场产生对称性破缺,同时在现实世界留下了一个自旋为零的希格斯粒子。

这样我们也就明白了为何希格斯粒子如此重要的原因,可以说它是整个标准模型的基石,如果希格斯粒子不存在,将使整个标准模型失去效力。

萍踪难觅

然而希格斯粒子的真面目却始终无缘识荆,有过几次,人们似乎已经发现了希格斯粒子的踪影,然后它却似乎是故意在人们面前闪现一下影子,然后就如同鬼魅般消失在幽暗之中了。

2000年,位于瑞士的欧洲核子研究中心(CERN)的工作人员通过世界上最大的正负电子对撞机LEP攫取了115GeV的希格斯粒子,但是他们当时的统计数据不足以做出任何确定的推论。

另一次在2003年,物理学家试图通过位于美国芝加哥的费米实验室的正负质子对撞机,让质子与反质子相互对撞分析出希格斯粒子的运动轨迹,试图证实或否定CERN先前的实验结果。但是由于先前计划从旧实验中回收反质子的方案并不可行,而且存在已有二十年之久的正负质子对撞机同样也到了更换的阶段,需要很长的时间来修复,因此费米实验室的研究遇到了一定的挫折。

然而人们似乎已经下定决心一定要找到这个神秘的粒子。2005年,靠近瑞士和法国边境的欧洲核子研究中心将开始运行新的大型质子对撞机(LHC)。这架大型质子对撞机安放在位于地下75米深处,周长约为27公里的隧道中,计划造价约为80亿美元。计划实施时,将有来自34个国家150个研究实验室近2000名科学家参加。乐观的估计,将在2009年前后提供一个确切的答案。

物理学家们怀着宗教般的虔诚,一直致力于理解物质的真正本质,完成对所有物理现象的统一理论,从而获得整个世界的终极知识。这个梦想就好像是圣经中所描述的建造巴别塔的过程。

巴别塔、B小调弥撒曲与大鸟

1988年诺贝尔物理学奖获得者莱德曼在其与和泰雷西合著的《上帝粒子:假如宇宙是答案,究竟什么是问题?》的结尾充分流露出了物理学家们对终极前景的渴望,他这样写道:

“天空中出现了一道炫目的光芒,一束光亮照亮了我们这位沙滩主人。在巴赫B小调弥撒曲庄严、高潮的和弦配乐下,也可能是在斯特拉温斯基的短笛独奏《春之祭》中,天空中的光慢慢地变成了上帝的脸,微笑着,但带着极度甜蜜的悲伤表情。”

标准模型是这样一个被物理学家们寄予很高期望的,通往终极的理论,然而标准模型自身有两个很重要的缺陷:模型中包含了过多的参数,并且理论未能描述重力。而且正如本文一开始指出的,标准模型所预言的希格斯粒子却始终未能在实验中发现。莱德曼对希格斯粒子忧心忡忡,认为它是一个阻止我们获得终极知识的“大坏蛋”。

我不禁想起了《一千零一夜》里的一个著名的故事,一只大鸟夺走了王子的戒指,王子去追逐这只大鸟,这只大鸟飞过一段距离后,就故意停下来等王子追近,每次王子感到马上就要赶上大鸟的时候,大鸟却一下子又振翅飞走了。好像终极知识就是可恶那只大鸟,每当我们觉得已经就要得到之时,他就一下子又走远了。一旦希格斯粒子被证实不存在,那么整个物理学就将经历一场新的困惑和震动,我们不得不再次目睹终极理想离我们远去。

米兰·昆德拉说过一句古老的犹太谚语:“人类一思考,上帝就发笑”,能否获得终极也许不是最重要的。人类是思考的动物,探索的历程以及这一历程中的新发现才是我们人类生存的意义所在。

上帝粒子指的是什么?

上帝粒子指的是希格斯玻色子。

上帝粒子,也称希格斯玻色子。希格斯玻色子(英语: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,不带电荷、色荷,极不稳定,生成后会立刻衰变。

希格斯玻色子是非常重要的粒子。科学家在1965年预测了它的存在,2012年正式确定了它的存在,这也是粒子物理学标准模型拼图中的后一块。希格斯玻色子是与希格斯场密切相关的粒子。

上帝粒子作用:

希格斯粒子(上帝粒子)是一种亚原子粒子,也就是说,理论上认为它应当是构成宇宙的最基本组成部件之一。但是它仍然有待实验观测证实。科学家们提出的物理学标准模型预言了这种粒子的存在,其作用是解释为何其它粒子会拥有质量。

根据这一理论,在宇宙大爆炸之后,一种看不见的力,即希格斯场和与之相对应的粒子——希格斯-玻色子一同形成。正是这个场赋予其它基本粒子以质量的属性。

上帝粒子是什么? 有什么用?

指希格斯玻色子

是标准模型里的一种基本粒子,是一种玻色子,自旋为零,宇称为正值,不带电荷、色荷,极不稳定,生成后会立刻衰变。希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。

根据希格斯机制,基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量。假若希格斯玻色子被证实存在,则希格斯场应该也存在,而希格斯机制也可被确认为基本无误。

希子是伴随着希格斯场的带质量玻色子,是希格斯场的量子激发。假若能证实希子存在,就可以推论希格斯场存在,就好像从观察海面的波浪可以推论出海洋的存在。不仅如此,希格斯机制也可被确认为基本无误。

在那时期,虽然还没有任何直接证据可以证实希格斯粒子存在,由于希格斯机制所给出的准确预测,物理学者认为,希格斯机制极有可能正确无误。到了1980年代,希格斯粒子的存在与否已成为在粒子物理学里最重要的未解决的物理学问题之一。

作用:在粒子物理学里,标准模型是一种被广泛接受的框架,可以描述强力、弱力及电磁力这三种基本力及组成所有物质的基本粒子。除了引力以外,标准模型可以合理解释这世界中的大多数物理现象。

扩展资料:

标准模型希子的性质

稍微复杂一点,但更实际一点,在最小标准模型里,希格斯场是复值二重态,是由两个复值标量场,或四个实值标量场组成,其中,两个带有电荷,两个是中性。

在这模型里,还有四个零质量规范玻色子,都是横场,如同光子一样,具有两个自由度。总合起来,一共有十二个自由度。

自发对称性破缺之后,一共有三个规范玻色子会获得质量、同时各自添加一个纵场,总共有九个自由度,另外还有一个具有两个自由度的零质量规范玻色子,剩下的一个自由度是带质量的希子。

三个带质量规范玻色子分别是W、W和Z玻色子。零质量规范玻色子是光子。由于希格斯场是标量场(不会因洛伦兹变换而改变),希子不具有自旋。希子不带电荷,是自己的反粒子,具有CP-偶性。

参考资料:百度百科-希格斯玻色子

上帝粒子是什么?

上帝粒子也称希格斯玻色子,是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子。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。

希格斯玻色子(英语:Higgs boson)是粒子物理学的标准模型所预言的一种基本粒子。标准模型预言了62种基本粒子,希格斯玻色子是最后一种有待被实验证实的粒子。希格斯玻色子是因物理学者彼得·希格斯命名,由于对于基本粒子的基础性质扮演极为重要的角色,因此在大众传媒中又被称为“上帝粒子”。希格斯玻色子是一种具有质量的玻色子,没有自旋,不带电荷,非常不稳定,在生成后会立刻衰变。

扩展资料

1964年,英国物理学家彼得·希格斯提出“希格斯玻色子。 1988年,诺贝尔物理学奖获得者利昂·莱德曼无意中为希格斯玻色子起了“上帝粒子”(God Particle)这么一个名字。莱德曼写了本科普书,原书名叫“该死的粒子(Goddamn Particle),因为希格斯玻色子难以找到,但出版商认为不妥,遂改成了“上帝粒子”。然而,许多科学家却不喜欢这一称呼,因为它过分强调了这粒子的重要性和太宗教化。

参考资料

百度百科-希格斯玻色子

什么是“上帝粒子”?

“上帝粒子”指的是希格斯玻色子。

美国物理学家、1988年诺贝尔物理学奖获得者利昂·莱德曼曾著有粒子物理方面的科普书籍《上帝粒子:如果宇宙是答案,那么问题是什么?》,后来媒体也沿用了这一称呼,常常将希子称作是“上帝粒子”(The God Particle)。这一称呼激起了公众媒体对于希子的关注和兴趣。

莱德曼说他以“上帝粒子”为这粒子命名是因为这粒子“在当今物理学中处于极为中心的位置,对我们理解物质的结构极为关键、也极为难以捉摸”。

不过他也开玩笑地补充说另一个原因是“图书出版商不让他把这粒子称作‘该死的粒子(Goddamn Particle)’,尽管这别称可能更恰当地表达了希子杳无踪迹的性质以及人们为之所付出的代价与遭受到的挫折感。”

然而,许多科学家却不喜欢这一称呼,因为它过分强调了这粒子的重要性和太宗教化。而且即使这粒子被发现,物理学者仍旧无法回答一些关于强相互作用、电弱相互作用、引力相互作用的统一化问题,以及宇宙的起源问题;希格斯本人是无神论学者。

扩展资料:

根据希格斯的理论,在宇宙诞生的最初,并没有希格斯玻色子,各种基本粒子都如光子一般,以光速横冲直撞。宇宙诞生十几秒后,希格斯玻色子诞生,并形成“希格斯场”。除了光子,其他的基本粒子与希格斯玻色子发生碰撞后,就如同轻巧的棉花吸饱了水分一般,获得了质量,而速度则慢了下来。

在希格斯的理论中,没有了希格斯玻色子,其他基本粒子就会仍以光速运行,宇宙将仍然是一锅沸腾的基本粒子汤,不能组成物质,生命更无从谈起。

1988年诺贝尔物理学奖得主莱昂·莱德曼着手介绍希格斯玻色子时,曾想用“上帝诅咒的粒子”作为书名,但出版商想出了一个更能刺激销量的名字——“上帝粒子”,意为:找到它,就洞悉了上帝。从此,“上帝粒子”之名便流传开来。

参考资料来源:百度百科-希格斯玻色子

参考资料来源:人民网-寻找“上帝粒子” 答案有望改变对宇宙的理解

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