希格斯玻色子的发现对物理界的意义

上帝粒子的发现在物理学上的重要意义

摘要：上帝粒子，即希格斯玻色子的发现，牵动着广大科学家的心，作为标准粒子模型的最后一个被发现的粒子，对重新构建新的粒子场模型有着极其重要的意义。它的发现不仅证明了标准粒子模型的正确性，也对整个物理世界产生了巨大冲击。

1964年，英国物理学家彼得.希格斯（P.W.Higgs）发表了一篇学术文章，提出了一种新的粒子场假说，预言一种没有质量、能够吸附其它粒子进而产生质量的玻色子的存在，属于按【0,1,......】整数自旋的基本粒子，亦如光子、氢原子等。它自旋的方程和波函数区别于其它粒子，能量状态只能取不连续的量子态，但允许多个玻色子占有同一种状态。希格斯认为，这种玻色子是物质的质量之源，是电子和夸克等粒子形成质量的基础，其它粒子在这种粒子形成的场中游弋并产生惯性，进而形成质量，构筑大千世界。

希格斯这一假说惹业界掀起轩然大波，宇宙学权威斯蒂芬.霍金以100美元押注，向美国密歇根大学的戈登凯恩打赌“上帝粒子”不存在。一时间，科学家们莫衷于是众说纷纭------ 因为该假说若得以圆证，将颠覆已成定论的粒子场理论，改变人们认识微观世界的方式，对重新认识宇宙起源具有划时代意义。发现它还有助于解释为什么有的粒子没有质量，反之亦然。又因它是最后一种未被发现的基本粒子，对重新构建新的粒子场模型有着极其重要的意义。而若它一旦被“证伪”，希格斯构建的粒子场新标准模型的大厦将倾，而因它在意义上极其重要又实在难找，因此人们又称它为“上帝粒子”。

2012年7月2日，美国能源部下属的费米国家加速器实验室宣布，该实验室最新数据“强烈表明”被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子的存在，不过这些数据只是接近证明它的存在。据国外媒体报道，2013年3月14日，物理学家宣称，2012年大型强子对撞机(LHC)发现的一种新粒子就是希格斯玻色子，这种长期寻找的神秘粒子将解释其它粒子如何获得质量。当然，希格斯玻色子发现意义不仅仅在于霍金输了一百块钱，还有其对整个物理世界产生的巨大冲击。

1.质量的起源之谜

科学家此前认为质量的起源之谜与希格斯玻色子有关，弥漫在宇宙中的希格斯场是假定中的量子场，基本粒子与希格斯场之间的相互作用时获得了质量。LHC对撞机ATLAS探测器试验物理学家吉马良斯达科斯塔认为如果没有这个机制，那么一切事物都是无质量的。希格斯玻色子的确认也证明了希格斯机制的正确性。

2.标准模型的最后一块拼图

标准模型在粒子物理学中占据了统治地位，根据其预言的粒子均已被发现，唯独希格斯玻色子还未被发现。ATLAS探测器研究员乔纳斯斯特兰德贝格认为LHC的发现结果将得到确认，我们现有的粒子物理理论是正确的。到目前为止，希格斯玻色子似乎与标准模型的预言相匹配，但是即便是标准模型，依然被认为是不完整的，比如其“遗漏”的暗物质这个重要的角色，而宇宙中暗物质占据了近98%，我们目前所看到的星系团等天体仅仅是极小一块可见的物质。

3.电弱作用力的证明实验前进了一大步

弱相互作用与电磁作用合并成电弱相互作用，两种作用力也被统一为电弱作用力，希格斯玻色子的发现有助于解释宇宙中的“根本力量”。在此之前，科学家通过欧核中心超级质子同步加速器（SPS）发现了W和Z玻色子，证实电弱相互作用的存在。如果引入希格斯场，那么两种玻色子就可以混合在希格斯场中而获得了质量。这就解释了W和Z玻色子为什么

会有质量的疑问，此外还统一了电磁和弱相互作用，因此希格斯场将这两股主要的基本力“联合”了起来。

4.揭开宇宙中超对称之谜

费米子与玻色子之间的对称性一直以来是物理学家们研究对象，而希格斯玻色子的发现也对超对称理论产生了影响。超对称理论具有强大的吸引力，可以帮助统一其他自然力量，甚至还可以接纳暗物质粒子。但是，到目前为止，科学家们并没有发现任何迹象可暗示超对称粒子存在。

5.验证大型强子对撞机

大型强子对撞机是目前世界上最强大的粒子加速器，其造价达到100亿美元，隶属于欧洲核子研究中心，在此之前，它的主要目标之一就是寻找希格斯玻色子。科学家认为粒子加速器有助于我们在量子水平上认为质量的来源，来自世界各地的大学和实验室的物理学家们已经工作了数十年，同时也验证了科学家彼得·希格斯等在1964年首次提出的希格斯机制的正确。

6.希格斯玻色子的发现意味着宇宙末日吗？

希格斯玻色子的发现打开了新的计算方法，有研究人员称宇宙将在数十亿年后面临一场大灾难。希格斯玻色子的质量是时空计算方法的一个重要组成部分，伊利诺伊州费米国家加速器实验室理论物理学家约瑟夫·莱肯认为根据这计算结果，可以预见在未来数十亿年后宇宙将面临一场大灾难。这可能是我们所处的宇宙本质上就是不稳定的。

但事情好像还没有那么简单，据物理学家组织网2014年11月8日（北京时间）报道，就在最近，一个国际研究团队深度分析了欧核中心现有的科学数据后，用一篇论文来砸场子了。他们在《物理学评论d辑》上发表分析称，没错，希格斯玻色子确实可以解释这些数据，但这并不意味着希格斯玻色子是唯一的解释。“从其他粒子中，我们同样能得到这些数据。”该研究团队成员之一、来自丹麦南丹麦大学的粒子物理学家马斯·弗兰森说。“我们认为，它可能是一种叫‘技希格斯（techni-higgs）粒子’的东西。”它们名字相似，在试验中也很容易被混淆，但它们确确实实是完全不同的粒子。因为，它们分别站在解释宇宙诞生理论的不同阵营。

希格斯玻色子的存在是标准模型提出的预言。标准模型是一套描述强力、弱力和电磁力这三种基本力及组成所有物质的基本粒子的理论。不过，该模型无法解释宇宙中大量存在的暗物质。至于技希格斯粒子，就完全是另外一回事了。它不是一个基本粒子，实际上，它由‘技夸克（techni-quarks）’组成，我们认为技夸克才是基本粒子。技夸克结合在一起可以形成许多不同的粒子，比如技希格斯粒子；而其他的结合形式，可能就形成了暗物质。因此，我们希望在大型强子对撞机中发现其他一些由技夸克组成的粒子。”如果技夸克存在，就肯定有一种使技夸克结合的力，而这种力，不属于已知的自然界四种基本力中任何一种（这四种力是重力、磁力、强作用力和弱作用力）。因此，一定还有一种尚待发现的力，科学家称其为“技彩力”（technicolorforce）。这样一来，欧核中心宣称发现的新粒子，可能是标准模型中一直有待捕捉的希格斯玻色子；但还有可能是由两个技夸克结合而成的技希格斯粒子。马斯·弗兰森相信，如有更丰富的数据，科学家可以确认这到底是一种什么粒子。若欧核中心启用能量更为强大的粒子加速器，原则上他们甚至可以直接观察到技夸克。