介绍
在物理学家眼中,上帝粒子或许将把对微观世界的认识带入一个新的传奇时代。
不久前,物理学家利用对撞机对希格斯玻色子进行了新的测量,这种粒子已经成为宇宙中一切物质的基石,被科学家誉为“上帝粒子”。
希格斯玻色子的性质和衰变模式直接关系到我们能否更好地理解微观世界,也是物理学家研究的最重要课题。
但现在粒子对撞机的威力似乎还无法一一揭开希格斯玻色子的奥秘,这让物理学家们逐渐意识到建造超级对撞机的必要性。
那么希格斯玻色子在哪些领域给物理学家的研究和认知带来了突破呢?
1.微观世界的粒子。
上帝粒子的出现,让物理学界的学者们都不敢相信自己的耳朵,原来,能够赋予万物质量的粒子,竟然真的存在。物理学界过去一直认为,宇宙中万物的最小单位是基本粒子,因此也相信宇宙中存在着丰富多彩的基本粒子。
基本粒子可分为费米子和玻色子两大类,它们各自携带着不同的自旋量子数,对物质和力的作用范围不同,也是构成微观世界的基本物质。
费米子之上是赋予万物质量的粒子——希格斯玻色子。
希格斯玻色子作为微观世界的上帝粒子,在宇宙中扮演着不可或缺的角色,如果没有上帝粒子,万物都是质子状态,无法形成基本的物质结构,无法赋予万物质量。
正是因为希格斯的出现,一切物质才被赋予了质量,才有了夸克、中微子、电子等基本粒子。
同时它也是宇宙中一切物质存在和组成的基础,正如微观世界里的一本小导游说的:“没有上帝,一切都只是质子。”
光子、Z玻色子和W玻色子的性质与希格斯玻色子能形成强弱交换相互作用,光子、Z玻色子、W玻色子和希格斯玻色子又被称为电弱玻色子。
如果没有电弱玻色子,宇宙中的能量就没有温度和压强,各种强度的能量之间也不会发生相互作用,也就没有原子核和原子之间的区别物理学家 瑞士,宇宙中也就没有所谓的生命形式。
由于宇宙中存在着奇妙的电弱相互作用,我们才能看到微观世界一切事物的存在和结构。
上帝粒子在这方面所承担的责任之大可见一斑,就如同引力之于引力。没有上帝粒子,万物都会变成零质量的粒子。由于大爆炸,当宇宙从无到有开始存在时,基本粒子的质量一定很轻,没有引力。
没有引力的宇宙就是无重量宇宙。一切都会在无重量的状态下飞翔,不会形成任何固体物质。正是上帝粒子的作用赋予了一切质量,使万物得以存在,并为构建宇宙提供了基本材料。
物理学家斯蒂芬·霍金曾经说过:“没有质量,就没有生命,也没有我们所知的宇宙。这一切都归结于希格斯玻色子。”
可以说希格斯玻色子被认为是上帝粒子,其存在意义堪比微观世界。它没有重子、介子的丰富类型,也没有费米子和玻色子之间带电粒子的丰富类型,也没有中微子和电子那样的相互作用物理资源网,但它可能是物理学中最伟大的粒子存在。
这是一种全新类型的物质,但同时也是微观世界中最神秘的粒子,更是微观世界最重要的粒子,就如同分子世界中的氧含量对于我们生命的存在至关重要一样。
2.上帝粒子的发现。
上帝粒子的发现也是物理学家们继碰撞实验之后的又一个新发现,这个粒子是怎么发现的呢?
这是通过对撞机产生高能粒子,然后通过一系列测量,验证希格斯玻色子是一种真实的基本粒子。
两束粒子在加速器圆形管道内同时运行,使得粒子的速度逐渐增加,并有发生碰撞的可能。
当两束粒子在对撞机内发生碰撞时,就会产生高能粒子,这为微观世界基本粒子的发现带来了希望,因此对撞机被认为是基本粒子的“显微镜”。
粒子碰撞过程中无法看到实际的碰撞,只能通过粒子的衰变模式和力的强度来确定粒子的质量和能量,并判断希格斯玻色子的衰变模式以识别物质特性。
希格斯玻色子出现的概率非常小,大概是一万亿分之一的概率,所以对撞机需要运行多次才有其出现的可能性。
物理学家们也一直在运行多台对撞机,在地下数十米深处进行连续观测,希望发现希格斯玻色子。
直到2002年,欧洲核子研究中心才提出用亚原子核对撞来增加碰撞概率的新方法,于是对原有的对撞机进行了改造,由3.5MeV升级到14MeV,碰撞概率也由万亿分之一升级到百亿分之一,可见碰撞概率大大提升,也有望进行希格斯测量。
2011年,物理学家利用瑞士日内瓦的大型强子对撞机,基于同样的碰撞原理对希格斯玻色子进行了实验测量。
2012年,通过两次独立的实验,通过验证和分析之前的数据,最终测得希格斯玻色子的质量在范围内,这也是科学界的重大突破。
不过,目前正在使用的超级对撞机似乎没有足够的动力进行下一次“碰撞”,因为它的能量范围大约为14 GeV。要确定希格斯玻色子是否稳定,还必须对其进行更高能量的“碰撞”,而且也有可能发现新的粒子。
伽马射线的质量是,之所以选择碰撞能量更大的基本粒子,以及能量更高的粒子对撞,也是为了更容易产生希格斯玻色子,毕竟上帝粒子比较重。
因此,只有通过与更大能量的碰撞,才能产生希格斯玻色子,并且只有留下它的衰变特性,才能被物理学家测量。
随着对撞机能量的提升,有望测量希格斯玻色子的裂变特性,并有可能揭开“暗物质”的神秘面纱,从而有望了解微观世界基本粒子的性质。
为了更好地理解微观世界,我们需要进行更高能量的希格斯玻色子碰撞,以解开微观世界的更多奥秘。
因此,随着我们对微观世界的认识不断深入,我们也期待超级对撞机能够升级,能够进行更高能量的碰撞。
但为了追求全面的研究,很多人认为物理学家 瑞士,为了更好地解开微观世界的奥秘,应该建造能量更大的超级加速器。
因此国际核子研究联合会提出了未来超级加速器计划,将超级对撞机的能量从1MeV提高到,这将是超级对撞机的100倍。
这也有望解开微观世界的更多“底盒”之谜。
但超级加速器的建设和使用也带来诸多安全和伦理问题,因此在建设过程中也需要进行多方位的评估,并且需要从公共资源的角度对超级加速器的建设和使用进行规划。
3.突破性变革。
如今,对希格斯粒子的认识,已经从过去认为它是一种“稳定粒子”,发展到认为它可能是一种“不稳定粒子”,这将给微观世界带来突破性的变革。
物理学家认为,希格斯玻色子的不稳定性将再一次改变人们对粒子物理标准模型原有的认识,这也意味着我们对微观世界的认识和研究有望进入一个崭新的时代。
不过如今的超级对撞机的能量范围是有限的,因此希望在未来的超级对撞机中,能够对希格斯玻色子进行观测和研究,验证我们对微观世界的认识。
希望未来我们能够建造能量更大的超级加速器,从而解开更多微观世界的奥秘,进入一个新的传奇时代。
结论
无论是探索深空,还是探究物质最深处,物理学家们始终坚持对知识的热爱与追求,引领着人类认知的不断进步。
早期对希格斯玻色子的认识也基于物理学家对物质性质的认识,其不稳定的认知也有望改写人们对微观世界的认知。
无论如何,希格斯玻色子都是独特的存在,发挥着不可替代的巨大作用。