詳解上帝粒子

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1、詳解上帝粒子條總評論如果把物質(zhì)分割得越來越小，會發(fā)生什么？最終，你會得到構(gòu)成物質(zhì)的分子或者原子。但這些東西還能進一步分解成電子和原子核。而原子核又可以繼續(xù)被分割成構(gòu)成它們的質(zhì)子和中子。它們的內(nèi)部則是夸克。到了這一步，你就已經(jīng)抵達了標(biāo)準(zhǔn)模型（我們當(dāng)前的粒子物理學(xué)理論）之中，我們視為是基本的那一層面。不管你一開始分割的是什么物質(zhì)，到了這個地步，你都會得到一大堆夸克和一大堆電子之類的粒子?？淇耸聦嵣线€可以分成6種：構(gòu)成質(zhì)子和中子的是較輕的上夸克和下夸克，另外還有較重的奇夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克。電子則屬于另外6種粒子構(gòu)成的另一個家族，即輕

2、子：包括電子的兩種質(zhì)量更重的“表親”——μ子和τ子，以及與它們一一對應(yīng)的3種幾乎沒有質(zhì)量的中微子。所有這12種物質(zhì)粒子，被統(tǒng)稱為“費米子”，都各自擁有一種與它們完全相同、只是電荷相反的反物質(zhì)粒子。就是這樣了。物質(zhì)不可能再分割到比這些基本粒子更小了。如此簡潔的基本粒子組合，與實驗事實完美吻合，但其中隱藏著一個令人費解的難題。所有這些物質(zhì)粒子都有一個屬性，被稱為“質(zhì)量”——這是一種抗拒被移來移去的屬性。不同粒子的質(zhì)量各不相同，從質(zhì)量最輕的電子中微子到質(zhì)量最重的頂夸克，跨越超過11個數(shù)量級之多。這些質(zhì)量來自何方，為什么又如此千差萬別呢？破缺的

3、對稱在標(biāo)準(zhǔn)模型之中，構(gòu)成物質(zhì)的費米子通過作用力發(fā)生相互作用，而作用力是由另一大類被稱為“玻色子”的粒子傳遞的。以電磁力為例，是它使得原子能夠形成，驅(qū)動電流在我們的電器中奔騰，而傳遞電磁力的玻色子則是光子。光子與物質(zhì)的相互作用取決于電荷的多寡：電子（攜帶1個負電荷）感受到的電磁力，就要強于夸克（攜帶-或者+個電荷）。不帶電荷的中微子，根本感受不到電磁力?？淇诉€擁有各自的“色荷”，被稱為膠子的粒子依據(jù)色荷產(chǎn)生強核力。這種力要比電磁力強得多，但奇怪的是，膠子本身也攜帶色荷，因而會彼此粘黏在一起。于是，我們從未見到過夸克和膠子以游離態(tài)的形式自由

4、自在地漫游，只能在質(zhì)子和中子之類的粒子內(nèi)部才能看到它們——強核力的作用范圍也不會超出亞原子尺度的范疇。10/10至于標(biāo)準(zhǔn)模型中的第三種作用力，弱核力的強度相當(dāng)弱，但如果沒有它，驅(qū)動太陽和其他恒星的放射性衰變就不會發(fā)生。這種力之所以微弱，大約是因為攜帶這種力的粒子——W玻色子和Z玻色子——質(zhì)量幾乎是質(zhì)子的100倍。創(chuàng)造出這樣的粒子需要大量能量。在通常條件下，如果可以的話，物質(zhì)粒子更愿意交換沒有質(zhì)量的光子來發(fā)生相互作用。在極高的能量下，比如在宇宙誕生的最初一瞬間，或者粒子加速器的對撞當(dāng)中，這些差異就消失了。電磁力和弱核力，在日常生活中相差如

5、此之巨的兩種作用力，變成了統(tǒng)一的“弱電力”。弱電力分裂成電磁力和弱核力的過程，被稱為弱電對稱破缺，必定發(fā)生在宇宙早期的某一時刻。不管是什么導(dǎo)致了這一過程的發(fā)生，它與質(zhì)量之謎都有著明顯的關(guān)聯(lián)。畢竟，通過這一機制，W玻色子和Z玻色子獲得了質(zhì)量。希格斯玻色子最初就是提出來解釋這個對稱為什么會破缺的。概念的誕生對稱破缺并不僅限于奇異的作用力。日常生活中我們都會遇到一個例子，那就是液體冷卻后變成固體。對于液體來說，從所有方向上看過去，它都是一樣的。而對于固體來說，沿著不同的軸向看過去，它的樣子會有明顯的區(qū)別。在這個過程中，前面這種廣義上的對稱狀態(tài)

6、被后面這種不太對稱的狀態(tài)取代了。上世紀(jì)60年代，粒子理論學(xué)家開始研究，能不能發(fā)展出一些工具來描述這種對稱破缺，以便應(yīng)用于不斷冷卻的宇宙。這絕非易事。固體或液體之中分子的相互作用，可以通過一套固定的參照坐標(biāo)系來定義，然而由于愛因斯坦的廣義相對論，在宇宙之中你找不到這樣一個標(biāo)準(zhǔn)的參照系。1964年，比利時理論學(xué)家羅伯特·布繞特（RobertBrout）和弗朗索瓦·恩格勒（FranoisEnglert）提出了量子場方程，這種場能夠彌漫于整個宇宙，在符合相對論的前提下產(chǎn)生弱電對稱破缺。英國物理學(xué)家彼得·希格斯（PeterHiggs）提出了同樣的

7、方程，并且指出這個場中的漣漪會表現(xiàn)為一種新的粒子。同年稍晚些時候，杰拉德·古拉尼（GeraldGuralnik）、卡爾·哈庚（CarlHagen）和湯姆·基博爾（TomKibble）將這些概念整合成了一種更為現(xiàn)實的理論——這就是標(biāo)準(zhǔn)模型的前身。后來被稱為希格斯場的這個東西，它的中心思想就在于：即使處于最低能的狀態(tài)，空間也絕非空無一物。在空間中穿行的粒子或多或少會與這個場發(fā)生作用，這種作用使粒子在運動時產(chǎn)生了一種“粘黏”的特性，也就是質(zhì)量。W玻色子和Z玻色子通過與這個場的某種相互作用獲得了它們的質(zhì)量，費米子則通過另外一種相互作用獲得了質(zhì)量

8、。由于希格斯場不攜帶凈的電荷或者色荷，光子和膠子根本不與它發(fā)生作用，因此仍然沒有質(zhì)量。10/10這是個漂亮的花招。為了找出還有沒有更多的東西，我們需要曝光希格斯場，方法就是讓它產(chǎn)生漣漪，而那些漣漪會被我們看