毫无疑问,2012年最激动人心的科学发现是在CERN实验中发现的一个新粒子。
这种粒子被认为是以物理学家彼得·希格斯命名的“希格斯玻色子”[1]。物理学家认为希格斯场赋予基本亚原子粒子质量,包括夸克和轻子,构成日常事物的基本粒子。希格斯玻色子的振动引起希格斯场的振动,就像你猛拉绳子时绳子的晃动。但是这个场是怎么给粒子质量的呢?这个问题困扰着大家。
1993年,英国科技大臣要求物理学家找到一种简单的方法来解释所有与希格斯粒子有关的结果。奖励是一瓶高品质的香槟。对该奖项的解释大致如下:在CERN实验室举办的鸡尾酒会,粒子物理学家参加。这些物理学家代表了希格斯场。这时,一个税吏进了党。很明显,从来没有人愿意和税务员说话,所以他们很轻松地穿过人群来到了酒吧。收税人不会与物理学家互动。同样,有些粒子不会与希格斯场相互作用。
这些未受影响的粒子,如光子,被称为零质量粒子。现在,假设彼得·希格斯进入这个房间,也许是为了喝一杯。在这种情况下,物理学家立即聚集在希格斯教授身边,与他讨论为测量希格斯粒子的性质所做的工作。希格斯教授在房间里走得很慢,因为他与人群的互动很密切。因此,希格斯粒子在与物理学家相互作用的影响下成为了“质量粒子”。
那么,如果这就是希格斯场的解释,那么希格斯玻色子呢?现在我们假设当事人均匀分布在整个房间,现在我们假设一个人在门口探头进来,说了一个谣言,说在很远的地方发现了对手的实验室。靠近门的人听得见,离门更远的人听不见。所以离门稍微远一点的人会走近门,以便问听到的人。这样会挤掉密集的人群。
这些人听了谣言,会回到原来的位置讨论谣言的含义,而更远的人这时会问“发生了什么事”,形成一大群人穿过房间的局面。这种人形成的波类似于希格斯玻色子形成的波。需要记住的是,不是质量大的粒子会和希格斯场发生更多的相互作用。
就像在一个聚会的类比中,所有的出席者在进入房间之前没有什么不同,也就是说,彼得·希格斯教授和税务员在进入聚会之前是一样的,他们与人群的互动导致他们“要么获得质量,要么保持质量零”。同样,粒子的质量来自粒子和场的相互作用。
总之,一个粒子得到多少质量取决于它与场的相互作用,就像不同的人走过人一样,行走的速度与他们的受欢迎程度有关。希格斯玻色子是场的波动,就像谣言说人经过一个房间就能搅动一样。当然,这个类比只是一个类比,但却是我们目前能想到的最好的类比。如上所述,就是希格斯场和希格斯玻色子。我们正在研究是否真的能找到这个粒子。如果我们这样做了,奖品将不仅仅是一瓶香槟。
相关知识的扩展阅读
[1]希格斯玻色子是标准模型中的基本粒子。它是自旋为零、正值的玻色子。它没有电荷或色电荷,极不稳定,形成后立即衰变。希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。根据希格斯机制,基本粒子通过与希格斯场耦合获得质量。如果证明希格斯玻色子存在,那么希格斯场也应该存在,希格斯机制也可以被证实基本正确。
参考数据
1.维基百科
2.天文术语
3.苦行僧王——茶!明~~-朱旭文
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