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羿

译文

林鸿又道:“标准模型

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。

早期的标准模型所倚赖的规范场论阐明,基本力是源自于规范不变性,是由规范玻色子来传递。规范场论严格规定,规范玻色子必须不带有质量,因此,传递电磁相互作用的规范玻色子(光子)不带有质量。

光子的质量的确经实验证实为零。借此类推,传递弱相互作用的规范玻色子(W玻色子、Z玻色子)应该不带有质量,可是实验证实W玻色子与Z玻色子的质量不为零,这显示出早期模型不够完善,因此须要建立特别机制来赋予W玻色子、Z玻色子它们所带有的质量。

希格斯机制的场能效

希格斯玻色子最早在1964年由彼得·希格斯和弗朗索瓦·恩格勒等在内的6位物理学家提出。希格斯玻色子能够利用自发对称性破缺来赋予基本粒子质量,同时又不会抵触到规范场论。这机制被称为希格斯机制,希格斯机制已被实验证实。但是,物理学者仍旧不清楚关于希格斯机制的诸多细节。[3]

这机制假定宇宙遍布着希格斯场,其能够与某些基本粒子相互作用,并且利用自发对称性破缺使得它们获得质量。相关理论在70年代被纳入粒子物理学的标准模型。

希格斯玻色子的衰变

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。希格斯玻色子是在高能量的极端环境中的能量演变,并且伴随着衰变生成耦合粒子的对称,生成正负电子对撞的实粒子一种超对称性的超对称粒子耦合激发,正负电子对正反粒子耦合被称为‘马约拉纳费米子天使粒子’手征粒子,激发态是检验这一种粒子能动的谱能。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。

标准模型明确指出,希子的存在很难证实。与其它粒子相比较,制造希子需要极大的碰撞能量,必须建造超级粒子加速器来提供这样大的能量,而且,每一次碰撞制造出其它粒子的可能性比制造出希子的可能性大很多,即使希子被制成,它也会非常迅速地衰变成别的粒子(平均寿命为1.56×10-22s),因此难以被检测到,只能倚靠辨认与分析衰变产物,才可推断出它们大概是源自于希子,而不是源自于其它粒子。此外,很多其它种衰变过程也会显示出类似的迹象,这使得寻找希子有如大海捞针。只有依靠先进的超级粒子加速器与精准的探测器,物理学者才可观测数之不尽的粒子碰撞事件,将获得的纪录数据加以分析,寻找出希子的蛛丝马迹,然后再进一步分析,计算希子存在的可能性,确定所得到的结果绝对不是来自偶发事件。

再华丽、再精致的理论,也需要通过实验加以证实,才会被正式接受,否则只能视为高谈大论。物理学者很希望能够证实希子是否存在。但是,早先从实验得到的数据只能让他们判别希子是否可能存在于某个质量值域。为了弥补这不足,欧洲核子研究组织在瑞士建成了大型强子对撞机(LHC)。它是全世界最先进的粒子加速器。它的主要研究目标之一就是证实希子是否存在。

2013年,LHC的物理学者已确定发现希子,这发现强烈支持某种希格斯场弥漫于空间。当今,LHC仍旧在如火如荼地搜集数据,试图明白希格斯场的性质。

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