《發(fā)現(xiàn)上帝粒子》ppt課件

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1、發(fā)現(xiàn)上帝粒子北京科技大學(xué)張亞九Background物理學(xué)的終極研究目的，是獲得一種理論，運(yùn)用這種理論可以解釋世界上所有的物理現(xiàn)象。即尋找到一種“萬有理論”-"Atheoryofeverything".到上個(gè)世紀(jì)，人們發(fā)現(xiàn)世界上的相互作用歸結(jié)起來只有四種:萬有引力、強(qiáng)相互作用、弱相互作用和電磁力.2021/9/16對稱性破缺與標(biāo)準(zhǔn)模型如果將描述強(qiáng)相互作用的理論和描述電弱理論進(jìn)行統(tǒng)一我們就獲得一種統(tǒng)一了三種相互作用的模型即標(biāo)準(zhǔn)模型。而這建立在基于對稱性破缺的機(jī)制上的南部歌德斯通定理上如何理解標(biāo)準(zhǔn)模型所描述的世界呢？普通物質(zhì)由第

2、一代粒子組成，二代三代的粒子第二及第三代粒子只能在宇宙射線或是高能實(shí)驗(yàn)中制造出來，而且會在短時(shí)間內(nèi)衰變成第一代粒子。把這些粒子排列成三代是因?yàn)槊恳淮乃姆N粒子與另一代相對應(yīng)的四種粒子的性質(zhì)幾乎一樣，唯一的分別就是它們的質(zhì)量。而波色子們則是用來傳遞相互作用的。一代粒子們所組成的物質(zhì)傳遞相互作用的玻色子規(guī)范玻色子由于每組中介玻色子的拉格朗日函數(shù)在規(guī)范變換中都不變，所以這些中介玻色子就被稱為規(guī)范玻色子。標(biāo)準(zhǔn)模型所包含的玻色子有：膠子-強(qiáng)相互作用的媒介粒子，自旋為1，有8種光子-電磁相互作用的媒介粒子，自旋為1，只有1種W及Z玻色

3、子-弱相互作用的媒介粒子，自旋為1，有3種問題規(guī)范不變性導(dǎo)致規(guī)范玻色子在數(shù)學(xué)上被描述為無質(zhì)量粒子的場方程。因此在單純的理論中，規(guī)范玻色子應(yīng)當(dāng)是無質(zhì)量的Goldstone粒子，相互作用應(yīng)當(dāng)是長程的。這一觀點(diǎn)和弱相互作用是短程力的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾，因此需要更深入的理論見解。由此可見正確解決這種問題是這種理論生死存亡的關(guān)鍵。？波色子我們中有些人是有質(zhì)量的，為什么你們說我沒質(zhì)量，這不科學(xué)。其他物理學(xué)家的貢獻(xiàn)為消除歌德斯通粒子的存在物理學(xué)家進(jìn)行不倦的探索。首先人們認(rèn)為是否有可能是斯通定理錯(cuò)了，然而格拉肖運(yùn)用至少三種方法證明了斯通定理的

4、正確性。美國哈佛大學(xué)的許溫格提出第一個(gè)突破口"定域?qū)ΨQ性破缺和整體對稱性破缺可能是兩個(gè)不同的情況,他指出超導(dǎo)是對稱性破缺的粒子，然而并不出現(xiàn)零質(zhì)量粒子，因此戈德斯通定理有例外。"2021/9/16希格斯的“老三篇”第一篇文章，希格斯證明，在被稱為規(guī)范不變性的一種微妙對稱性形式引入之后，戈德斯通等人在證明中所做的某些假設(shè)不再成立。對稱性自發(fā)破缺理論并沒有障礙。第二篇論文中嘗試把對稱性自發(fā)破缺應(yīng)用到電動(dòng)力學(xué)上發(fā)現(xiàn)其中存在一種有質(zhì)量且自旋為1的粒子，他能夠傳遞相互作用；還存在另一種有質(zhì)量卻沒有任何自旋的粒子。第三篇論文中希格斯開

5、始系統(tǒng)研究對稱性自發(fā)破缺，他指出，當(dāng)規(guī)范場和標(biāo)量場相互作用時(shí)，若有對稱性自發(fā)破缺存在，那個(gè)Goldstone玻色子和規(guī)范粒子以特殊的機(jī)制結(jié)合起來，是規(guī)范粒子成為質(zhì)量不為零的粒子，而相應(yīng)的Goldstone玻色子自由度將變成矢量玻色子的縱向自由度，這就消除了零質(zhì)量Goldstone玻色子，這就是現(xiàn)在所說的希格斯機(jī)制。8簡單的說就是，廣義相對論指出質(zhì)量就是空間的彎曲，當(dāng)這個(gè)世界上粒子在通過希格斯場時(shí)，與這個(gè)場耦合作用，空間就會被彎曲，就像是粒子被希格斯場賦予了質(zhì)量。而不與希格斯場相作用這個(gè)粒子看上去就是無質(zhì)量。希格斯粒子的存在

6、，解釋了標(biāo)準(zhǔn)模型中解決不了的質(zhì)量問題。解釋了質(zhì)量的起源。因而被稱為上帝粒子。哈利路亞就像是在一個(gè)擠滿春哥粉絲的熱鬧走廊，普通觀眾可以輕松的通過，但如果是春哥，就會有一堆粉絲們圍上來，春哥不得不減慢移動(dòng)速度，就像給春哥質(zhì)量。2021/9/16LHC（大型強(qiáng)子對撞器）尋找希格斯玻色子，必須把一個(gè)質(zhì)子加速到接近光速。CERN的科學(xué)家們建造了LHC，這臺LHC位于法國和瑞士邊境地下100米（合330英尺）深、長16.8英里（合27公里）的環(huán)形隧道中。這臺對撞機(jī)大約有9,300塊超冷至零下456.25攝氏度的超導(dǎo)磁體。這使這臺對撞機(jī)

7、能夠把質(zhì)子加速到99.99％的光速。質(zhì)子要通過6個(gè)不同的探測器，每個(gè)偵測器負(fù)責(zé)運(yùn)行不同的實(shí)驗(yàn)，而給這臺對撞機(jī)提供的電力大得不可思議——120兆瓦，幾乎是附近瑞士日內(nèi)瓦州所有住宅的用電量。據(jù)關(guān)數(shù)據(jù)顯示，將各類費(fèi)用計(jì)算在內(nèi)，尋找希格斯玻色子總成本高達(dá)132.5億美元。在歐洲核子研究中心大型強(qiáng)子對撞機(jī)工作的科學(xué)家分別以兩個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)尋找希格斯玻色子，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)分別稱為ATLAS和CMS。112021/9/16超環(huán)面儀器的長度為44米，直徑為25米，總重量為7000噸。超環(huán)面儀器是個(gè)多用途粒子偵測器。當(dāng)大型強(qiáng)子對撞機(jī)制成的質(zhì)子束在

8、偵測器的中心點(diǎn)進(jìn)行散射實(shí)驗(yàn)時(shí)，很多各種各樣具有不同能量的粒子會被生成。超環(huán)面儀器并不專注于某特定物理過程，它的設(shè)計(jì)目標(biāo)是廣泛地偵測各種可能發(fā)生的信號。這樣可以保證，不論新物理過程或任何新粒子的形式為何，超環(huán)面儀器都都夠偵測到它們的出現(xiàn)，并且測量出它們的物理性質(zhì)。ATLAS122021/9/16CMS建在