粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型“最后一塊拼圖”
成功預(yù)測(cè)“上帝粒子”――希格斯玻色子存在的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主彼得?希格斯日前去世,享年94歲。希格斯玻色子是粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型所預(yù)言的基本粒子中最后一種被證明存在的粒子,因它的預(yù)言者希格斯而得名
成功預(yù)測(cè)希格斯玻色子存在的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主、英國(guó)科學(xué)家彼得?希格斯8日去世,享年94歲。他曾長(zhǎng)期工作的英國(guó)愛(ài)丁堡大學(xué)校長(zhǎng)彼得?馬西森說(shuō),希格斯的遠(yuǎn)見(jiàn)和想象力豐富了我們對(duì)世界的認(rèn)知。他的開(kāi)創(chuàng)性工作激勵(lì)了成千上萬(wàn)的科學(xué)家,他的科學(xué)遺產(chǎn)將繼續(xù)激勵(lì)一代又一代后來(lái)人。
希格斯玻色子是粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型所預(yù)言的基本粒子中最后一種被證明存在的粒子,因它的預(yù)言者希格斯而得名。希格斯玻色子又被稱作“上帝粒子”。有關(guān)它的預(yù)言和證實(shí)對(duì)物理學(xué)發(fā)展究竟有何重要意義?
標(biāo)準(zhǔn)模型是粒子物理學(xué)領(lǐng)域一種被廣泛接受的理論框架,可以描述強(qiáng)力、弱力及電磁力這三種基本力及組成所有物質(zhì)的基本粒子。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型,基本粒子分為費(fèi)米子和玻色子兩類。費(fèi)米子是組成物質(zhì)的粒子,而玻色子則負(fù)責(zé)傳遞各種作用力。
迄今為止,幾乎所有對(duì)上述三種基本力的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都符合標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測(cè)。但該理論并不完備,長(zhǎng)久以來(lái),困擾物理學(xué)家的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是在標(biāo)準(zhǔn)模型框架下無(wú)法解決基本粒子質(zhì)量來(lái)源這一宇宙“終極”問(wèn)題。
1960年,當(dāng)希格斯在英國(guó)愛(ài)丁堡大學(xué)泰特?cái)?shù)學(xué)物理研究所獲得講師職位時(shí),正值標(biāo)準(zhǔn)模型誕生時(shí)期。1964年,希格斯在一篇論文中提出一種量子場(chǎng)的存在,某些基本粒子因?yàn)榕c該量子場(chǎng)相互作用而獲得質(zhì)量,即希格斯場(chǎng)。他同時(shí)預(yù)言存在一種能吸引其他粒子進(jìn)而產(chǎn)生質(zhì)量的玻色子,即希格斯玻色子,它是希格斯場(chǎng)的量子化激發(fā)。事實(shí)上,除希格斯外,當(dāng)年還有另外兩組科學(xué)家也分別獨(dú)立提出希格斯機(jī)制,但希格斯玻色子的神秘色彩讓更多人記住了希格斯的貢獻(xiàn)。
科學(xué)家們用了近半個(gè)世紀(jì)才尋找到希格斯玻色子的蹤跡。2012年7月4日,歐洲核子研究中心宣布,其大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目組ATLAS和CMS分別探測(cè)到一種新的粒子,具有與科學(xué)家們多年以來(lái)一直尋找的希格斯玻色子相一致的特性。這是粒子物理學(xué)研究中的一件劃時(shí)代的大事,美國(guó)《科學(xué)》雜志將其評(píng)選為當(dāng)年十大科學(xué)進(jìn)展之首,并評(píng)價(jià)說(shuō),這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)將標(biāo)準(zhǔn)模型拼圖中的最后一塊填充到位。
2013年3月14日,歐洲核子研究中心再次就上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)布公報(bào)說(shuō),更多數(shù)據(jù)分析“強(qiáng)有力地表明它就是希格斯玻色子”。當(dāng)年,希格斯與同樣對(duì)提出希格斯機(jī)制做出貢獻(xiàn)的比利時(shí)物理學(xué)家弗朗索瓦?恩格勒特一起獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
從希格斯玻色子首次“現(xiàn)身”以來(lái),歐洲核子研究中心已發(fā)表了數(shù)百篇關(guān)于該粒子的論文,但它的許多屬性仍然成謎。2018年8月28日,在發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子6年后,歐洲核子研究中心宣布終于觀測(cè)到它衰變?yōu)楸环Q為底夸克的基本粒子。
據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè),約60%的時(shí)間內(nèi)希格斯玻色子都會(huì)衰變成一對(duì)底夸克,也就是6種夸克中第二重的夸克。新的觀測(cè)結(jié)果支持了標(biāo)準(zhǔn)模型對(duì)這一“常見(jiàn)衰變”的預(yù)測(cè)。這一“常見(jiàn)衰變”的捕獲被看作探索希格斯玻色子的里程碑。
由于希格斯玻色子在粒子物理學(xué)理論中的重要地位,1988年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主、美國(guó)物理學(xué)家利昂?萊德曼在其科普著作《上帝粒子:如果宇宙是答案,那么問(wèn)題是什么?》中將希格斯玻色子稱作“上帝粒子”。這一稱呼被媒體沿用,并激起了公眾對(duì)希格斯玻色子的關(guān)注和興趣。
萊德曼曾表示,用“上帝粒子”這個(gè)名字是為體現(xiàn)希格斯玻色子“在當(dāng)今物理學(xué)中處于極為中心的位置,對(duì)我們理解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)極為關(guān)鍵、也極為難以捉摸”。 新華社北京4月11日電
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