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希格斯粒子有質量嗎

生活 更新时间:2025-02-08 20:13:21

我們先來解釋一下這個名詞,基本粒子可以分為兩大類,其中之一為構成物質的費米子,而玻色子則負責傳遞費米子之間的相互作用。因此“希格斯”是這種基本粒子的名字,而“玻色子”是指它的粒子類型,就好像“小明同學”這個詞一樣。

希格斯粒子有質量嗎(希格斯玻色子為何被稱為)1

在粒子物理學中,有一個長期令人困擾的問題,那就是同為基本粒子,為什麼有的基本粒子有質量(例如電子),而有的卻沒有(例如光子)。為了解決這個問題,著名物理學家彼得.希格斯(Peter Higgs)在上世紀60年代提出了“希格斯機制”。

舉例說明,當一個物體在水中運動的時候,水會給這個物體的運動造成阻礙。同樣的道理,當一個基本粒子在空間中運動的時候,也會受到類似的阻礙,而這種阻礙程度的大小體現在宏觀世界中,就被稱之為“質量”。

希格斯粒子有質量嗎(希格斯玻色子為何被稱為)2

(上圖為Peter Higgs)

該理論認為,在宇宙中有一種“場”無處不在,即“希格斯場”,所有的基本粒子都處于“希格斯場”的“勢力範圍”内。當一個基本粒子在運動中受到“希格斯場”的阻礙的時候,它就被“希格斯場”賦予了質量,其質量大小與該基本粒子和“希格斯場”産生相互作用的程度相關。

而像光子這一類的基本粒子,它們根本不會與“希格斯場”産生相互作用,所以它們就不具備質量(嚴格的講是靜止質量),這也就是光子就能夠達到宇宙中最快的速度的原因。

希格斯粒子有質量嗎(希格斯玻色子為何被稱為)3

“希格斯機制”可以完美的解釋基本粒子質量的生成機制,因此物理界的科學家們認為“希格斯機制”極有可能是正确的,但一個理論不管多麼完美,都必須用實驗來驗證,那麼應該怎麼來做呢?

根據相關理論推測,在極高能量的環境中,“希格斯場”會被激發出一種玻色子,即“希格斯玻色子”,如果探測到了這種基本粒子,也就證明了“希格斯場”的存在。這個時候,粒子對撞機就可以派上用場了。

希格斯粒子有質量嗎(希格斯玻色子為何被稱為)4

因為“希格斯玻色子”極不穩定,通常都是在它生成的同時,馬上就會發生衰變,再加上對撞會産生大量的粒子,而在這其中“希格斯玻色子”的數量極少。所以這是一項非常艱巨的工作,科學家們需要反複的将粒子束進行對撞,并在巨量的實驗數據中,找到“希格斯玻色子”存在的蛛絲馬迹。

實驗的密集程度可以用數據來說明,歐洲核子研究組織(CERN)在進行相關實驗時,在其使用的大型強子對撞機(LHC)内,平均每秒都會發生上千萬次撞擊,而這個實驗是全天24小時進行!

值得慶幸的是,經過漫長的實驗,科學家們終于找到了傳說中的“希格斯玻色子”的證據,2013年,歐洲核子研究組織向世界宣布了這一消息,彼得.希格斯本人也因此獲得了2013諾貝爾物理學獎。

希格斯粒子有質量嗎(希格斯玻色子為何被稱為)5

我們都知道,正是因為有了質量,基本粒子才會結合成原子、分子,才會有了世間萬物,而我們所處的宇宙之所以有條不紊的運行,其根本原因也在于此。可以說沒有了“希格斯場”,也就沒有了我們現在的世間萬物!而證實“希格斯場”真實存在的“希格斯玻色子”,則當之無愧的被稱為“上帝粒子”。


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