為什麼說物理學仍隱藏在希格斯玻色子之中

2022-04-11 14:51:22 字數 3367 閱讀 6945

1樓:火星科普

2023年,在長達27公里的大型強子對撞機中,高速相撞的粒子產生了希格斯玻色子(higgs boson),上個世紀60年代預言中的粒子終於被找到,這是粒子物理標準模型遺失的最後一塊拼圖,其意義不言而喻。

但在此後,大型強子對撞機還沒有發現其他新的粒子,這就了許多標準模型無法解釋的宇宙謎團。物理學家**是否要建造一個更大的粒子加速器(周長或達100公里,可能建在瑞士或中國),以繼續探索新的物理學。

物理學家表示,我們還可以從希格斯玻色子本身瞭解到更多宇宙的祕密。最初,彼得·希格斯提出這種粒子是為了解釋宇宙質量起源,他最終也因此獲得了2023年的諾貝爾物理學獎。

根據希格斯機制,整個宇宙中遍佈希格斯場,這是一種量子場。希格斯粒子是希格斯場中的一個漣漪,或者說量子漲落。由於量子力學把粒子和自然界的場纏結在一起,希格斯場的存在會滲透到其他量子場中,正是這種耦合作用給了相關粒子的質量。

然而,物理學家目前對無處不在的希格斯場知之甚少,也不太瞭解早期宇宙中的關鍵時刻——希格斯場突然從處處為零值的狀態(即不存在的狀態)轉變為當前均勻值的狀態。正是由於這種「對稱性破缺」事件,立即使得夸克、電子及其他基本粒子獲得質量,從而導致它們形成原子以及後來宇宙中的各種物質和天體。

那麼,為什麼宇宙決定要讓希格斯場到處存在?歐洲核子研究組織的粒子物理學家michelangelo mangano表示,這是當前物理學面臨的一個極為巨大的問題。

宇宙在最初時刻產生了等量的正物質和反物質,但現在的宇宙中幾乎只有正物質,物理學家想知道希格斯對稱性破缺事件是否在正反物質不對稱性中起了作用。

另一個問題是希格斯場的當前值是穩定的,還是可能會突然再次改變?這是一個令人不安的前景,被稱為「真空衰變」,它有可能會造成宇宙毀滅。希格斯場的值可以被認為是一個落在谷底的球,但問題是,在數學曲線中是否還有更深的谷來定義這個場的可能值?

如果存在,這個球最終會隧穿到更低、更穩定的谷底,對應於希格斯場能量的下降。一個更穩定的「真真空」泡會快速膨脹,其速度很快就會接近光速,它會包圍我們一直生活在其中的「偽真空」,最終毀滅一切。

希格斯場不僅與宇宙的起源和命運有關,而且希格斯粒子的行為還能揭示與它相互作用的隱藏或未知的粒子——也許是宇宙中神祕的暗物質粒子。在粒子對撞機中,當粒子以接近光速碰撞在一起時,它們的動能轉化為物質,偶爾會產生諸如希格斯玻色子這樣的重粒子。然後,希格斯粒子迅速變成其他粒子,比如一對頂夸克或者w玻色子,其中每種結果的概率取決於希格斯玻色子與粒子耦合的強度。

通過精確測定希格斯粒子衰變的概率,並把結果與標準模型的**值進行比較,就能發現是否有什麼遺漏,因為所有概率加起來必須是1。

哈佛大學的粒子物理學家melissa franklin表示,我們對希格斯粒子研究得越多,就越有可能發現宇宙的本質可能並不像我們預期的那樣,這將會產生新的物理,所以物理學家需要做一系列的實驗。

因此,計劃建造的新一代超級對撞機的第一階段被戲稱為「希格斯工廠」,因為這臺機器將會讓能量經過精確調整的電子和正電子碰撞,以最大限度地提高產生希格斯玻色子的概率,而希格斯玻色子隨後的衰變可以被精確測量。在第二階段,這個巨大的機器將會把質子撞在一起,導致更混亂但能量更高的碰撞。

在大型強子對撞機中,希格斯玻色子與其他標準模型粒子的大部分耦合已被測量到大約20%的精度。但在未來的對撞機中,通過產生更多的希格斯玻色子,誤差可以降低至1%。這將使物理學家們更好地理解到底是概率之和為1,還是希格斯玻色子偶爾會衰變成未知的粒子。

與希格斯粒子耦合的新粒子出現在標準模型之外的其他物理理論中,例如,孿生希格斯粒子模型。

也許物理學家想要確定的最重要耦合是三希格斯耦合,本質上這是希格斯玻色子與自身相互作用的強度。標準模型預言,一個希格斯玻色子可能會衰變兩個自己,但這種現象尚未在大型強子對撞機中觀測到。因此,如果測量結果偏離理論預言,這將意味著存在標準模型中沒有包含但能夠影響希格斯粒子的新粒子。

匹茨堡大學的粒子物理學家cédric weiland表示,由於能夠揭示宇宙的終極命運,使得三希格斯粒子耦合的研究必將是未來對撞機實驗專案的核心。有了希格斯粒子工廠,物理學家在第一階段能夠以44%的精度測量三希格斯粒子耦合。而到了第二階段,質子-質子對撞機可以把誤差降低至5%以內。

物理學家的基本預期是,未來對撞機的測量結果將只是確認粒子物理標準模型,儘管它對物理宇宙的描述並不完整,但卻顯得堅不可摧。一些物理學家不願在一臺機器上投資數上百億美元,因為它可能只是在我們已知的一組方程的基礎上增加更多的小數點精度。

物理學家還在討論大型強子對撞機的繼任者價值,是否要花費20年時間和上百億美元建造一個周長達到100公里的對撞機。在過去的對撞機中,一次又一次的粒子碰撞逐漸拼湊出了標準模型。然而,隨著這個拼圖的完成,不能保證未來的高能粒子加速器還會發現任何新東西,這讓物理學家陷入了兩難境地:

是建造還是不建造?

2樓:ang伈

物理學是一門比較深奧的學科,它揭示了世界上很多的一些現象,所以說有時候物理學就在我們身邊是很奇妙的一個地方。

3樓:情感小幫手

我們說物理學仍隱藏在希格斯波色子之中,是因為物理學的發展和突破不是一朝一夕的,物理學需要借鑑者前者的經驗不斷探索,可能百年之內都沒有重大突破。

4樓:

物理學即是講述事物的道理的學問,物理學依然隱藏在希格斯玻色子中也是不震驚的,世界上還有很多事物的道理沒有被我們發現

5樓:簡單愛

因為雖然人類現在對物理學有了一定的瞭解,但是物理學其實是非常神祕的,人類真正瞭解的只是皮毛,真正的物理學其實現在還是被隱藏的。

6樓:冷侃娛文

據說物理學裡面,如果能夠研究出宇宙真空是穩定的,那麼我們的這個宇宙將會一直存在下去,而這個希格斯玻色子可以研究宇宙真空。

當今世界哪些科學研究其實是在忽悠人

它為什麼叫「上帝粒子」

7樓:匿名使用者

我覺得叫上帝粒子並不過份,畢竟是它賦予基本粒子質量從而有了宇宙萬物

8樓:奇點使者

它被稱作「上帝粒子」,無比渺小卻掌控宇宙命運,宇宙發展全靠它

2023年諾貝爾物理學獎的獲獎意義

9樓:wuli小亮仔

獲獎科學家提出的理論解釋了粒子如何獲得質量,有助於人類瞭解亞原子粒子質量的起源。發現希格斯玻色子並非完成宇宙謎題拼圖的最後一塊。這一模型僅描述了宇宙可見物,只佔到整個宇宙物質的五分之一,更多神祕的未知領域還有待更多科學家去探尋。

比利時物理學家弗朗索瓦·恩格勒和英國物理學家彼得·希格斯描述了粒子物理學的標準模型,其**的基本粒子——希格斯玻色子,被歐洲核子研究中心執行的大型強子對撞機通過實驗發現。因此獲得2023年諾貝爾物理學獎。

因希格斯玻色子的理論預言獲獎。希格斯玻色子(higgs boson)又稱上帝粒子(god particle),是粒子物理學標準模型預言的一種自旋為零的玻色子。它是標準模型中最後一種未被發現的粒子。

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