介紹
在物理學家眼中,上帝粒子或許將把對微觀世界的認識帶入一個新的傳奇時代。
不久前,物理學家利用對撞機對希格斯玻色子進行了新的測量,這種粒子已經成為宇宙中一切物質的基石,被科學家譽為“上帝粒子”。
希格斯玻色子的性質和衰變模式直接關系到我們能否更好地理解微觀世界,也是物理學家研究的最重要課題。
但現在粒子對撞機的威力似乎還無法一一揭開希格斯玻色子的奧秘,這讓物理學家們逐漸意識到建造超級對撞機的必要性。
那么希格斯玻色子在哪些領域給物理學家的研究和認知帶來了突破呢?
1.微觀世界的粒子。
上帝粒子的出現,讓物理學界的學者們都不敢相信自己的耳朵,原來,能夠賦予萬物質量的粒子,竟然真的存在。物理學界過去一直認為,宇宙中萬物的最小單位是基本粒子,因此也相信宇宙中存在著豐富多彩的基本粒子。
基本粒子可分為費米子和玻色子兩大類,它們各自攜帶著不同的自旋量子數,對物質和力的作用范圍不同,也是構成微觀世界的基本物質。
費米子之上是賦予萬物質量的粒子——希格斯玻色子。
希格斯玻色子作為微觀世界的上帝粒子,在宇宙中扮演著不可或缺的角色,如果沒有上帝粒子,萬物都是質子狀態,無法形成基本的物質結構,無法賦予萬物質量。
正是因為希格斯的出現,一切物質才被賦予了質量,才有了夸克、中微子、電子等基本粒子。
同時它也是宇宙中一切物質存在和組成的基礎,正如微觀世界里的一本小導游說的:“沒有上帝,一切都只是質子?!?span style="display:none">F5j物理好資源網(原物理ok網)
光子、Z玻色子和W玻色子的性質與希格斯玻色子能形成強弱交換相互作用,光子、Z玻色子、W玻色子和希格斯玻色子又被稱為電弱玻色子。
如果沒有電弱玻色子,宇宙中的能量就沒有溫度和壓強,各種強度的能量之間也不會發生相互作用,也就沒有原子核和原子之間的區別物理學家 瑞士,宇宙中也就沒有所謂的生命形式。
由于宇宙中存在著奇妙的電弱相互作用,我們才能看到微觀世界一切事物的存在和結構。
上帝粒子在這方面所承擔的責任之大可見一斑,就如同引力之于引力。沒有上帝粒子,萬物都會變成零質量的粒子。由于大爆炸,當宇宙從無到有開始存在時,基本粒子的質量一定很輕,沒有引力。
沒有引力的宇宙就是無重量宇宙。一切都會在無重量的狀態下飛翔,不會形成任何固體物質。正是上帝粒子的作用賦予了一切質量,使萬物得以存在,并為構建宇宙提供了基本材料。
物理學家斯蒂芬·霍金曾經說過:“沒有質量,就沒有生命,也沒有我們所知的宇宙。這一切都歸結于希格斯玻色子。”
可以說希格斯玻色子被認為是上帝粒子,其存在意義堪比微觀世界。它沒有重子、介子的豐富類型,也沒有費米子和玻色子之間帶電粒子的豐富類型,也沒有中微子和電子那樣的相互作用物理資源網,但它可能是物理學中最偉大的粒子存在。
這是一種全新類型的物質,但同時也是微觀世界中最神秘的粒子,更是微觀世界最重要的粒子,就如同分子世界中的氧含量對于我們生命的存在至關重要一樣。
2.上帝粒子的發現。
上帝粒子的發現也是物理學家們繼碰撞實驗之后的又一個新發現,這個粒子是怎么發現的呢?
這是通過對撞機產生高能粒子,然后通過一系列測量,驗證希格斯玻色子是一種真實的基本粒子。
兩束粒子在加速器圓形管道內同時運行,使得粒子的速度逐漸增加,并有發生碰撞的可能。
當兩束粒子在對撞機內發生碰撞時,就會產生高能粒子,這為微觀世界基本粒子的發現帶來了希望,因此對撞機被認為是基本粒子的“顯微鏡”。
粒子碰撞過程中無法看到實際的碰撞,只能通過粒子的衰變模式和力的強度來確定粒子的質量和能量,并判斷希格斯玻色子的衰變模式以識別物質特性。
希格斯玻色子出現的概率非常小,大概是一萬億分之一的概率,所以對撞機需要運行多次才有其出現的可能性。
物理學家們也一直在運行多臺對撞機,在地下數十米深處進行連續觀測,希望發現希格斯玻色子。
直到2002年,歐洲核子研究中心才提出用亞原子核對撞來增加碰撞概率的新方法,于是對原有的對撞機進行了改造,由3.5MeV升級到14MeV,碰撞概率也由萬億分之一升級到百億分之一,可見碰撞概率大大提升,也有望進行希格斯測量。
2011年,物理學家利用瑞士日內瓦的大型強子對撞機,基于同樣的碰撞原理對希格斯玻色子進行了實驗測量。
2012年,通過兩次獨立的實驗,通過驗證和分析之前的數據,最終測得希格斯玻色子的質量在范圍內,這也是科學界的重大突破。
不過,目前正在使用的超級對撞機似乎沒有足夠的動力進行下一次“碰撞”,因為它的能量范圍大約為14 GeV。要確定希格斯玻色子是否穩定,還必須對其進行更高能量的“碰撞”,而且也有可能發現新的粒子。
伽馬射線的質量是,之所以選擇碰撞能量更大的基本粒子,以及能量更高的粒子對撞,也是為了更容易產生希格斯玻色子,畢竟上帝粒子比較重。
因此,只有通過與更大能量的碰撞,才能產生希格斯玻色子,并且只有留下它的衰變特性,才能被物理學家測量。
隨著對撞機能量的提升,有望測量希格斯玻色子的裂變特性,并有可能揭開“暗物質”的神秘面紗,從而有望了解微觀世界基本粒子的性質。
為了更好地理解微觀世界,我們需要進行更高能量的希格斯玻色子碰撞,以解開微觀世界的更多奧秘。
因此,隨著我們對微觀世界的認識不斷深入,我們也期待超級對撞機能夠升級,能夠進行更高能量的碰撞。
但為了追求全面的研究,很多人認為物理學家 瑞士,為了更好地解開微觀世界的奧秘,應該建造能量更大的超級加速器。
因此國際核子研究聯合會提出了未來超級加速器計劃,將超級對撞機的能量從1MeV提高到,這將是超級對撞機的100倍。
這也有望解開微觀世界的更多“底盒”之謎。
但超級加速器的建設和使用也帶來諸多安全和倫理問題,因此在建設過程中也需要進行多方位的評估,并且需要從公共資源的角度對超級加速器的建設和使用進行規劃。
3.突破性變革。
如今,對希格斯粒子的認識,已經從過去認為它是一種“穩定粒子”,發展到認為它可能是一種“不穩定粒子”,這將給微觀世界帶來突破性的變革。
物理學家認為,希格斯玻色子的不穩定性將再一次改變人們對粒子物理標準模型原有的認識,這也意味著我們對微觀世界的認識和研究有望進入一個嶄新的時代。
不過如今的超級對撞機的能量范圍是有限的,因此希望在未來的超級對撞機中,能夠對希格斯玻色子進行觀測和研究,驗證我們對微觀世界的認識。
希望未來我們能夠建造能量更大的超級加速器,從而解開更多微觀世界的奧秘,進入一個新的傳奇時代。
結論
無論是探索深空,還是探究物質最深處,物理學家們始終堅持對知識的熱愛與追求,引領著人類認知的不斷進步。
早期對希格斯玻色子的認識也基于物理學家對物質性質的認識,其不穩定的認知也有望改寫人們對微觀世界的認知。
無論如何,希格斯玻色子都是獨特的存在,發揮著不可替代的巨大作用。