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2008-09-11

上帝粒子

上帝粒子--希格斯玻色子,能够使宇宙中所有其他粒子拥有质量。
粒子物理学家们用了50多年的时间在狭义相对论和了量子力学的基础上建立起了"标准模型"理论来描述物质粒子是如何通过基本作用力粒子的交换进行相互作用的。所谓"作用"是指宇宙中所存在的4种基本作用力,分别是:使苹果下落的万有引力;使电子围绕原子核运动的电磁力;导致原子核聚合的强力;导致原子核发生衰变的弱力。物理学家认为,这4种基本力其实是宇宙中尚未被发现的唯一作用力的不同表现形式。于是许多物理学家开始致力于寻找这一终极理论(TOE),爱因斯坦用他晚年的大部分时间去寻求统一理论,但是没有成功。
100多年前,麦克斯韦发现原先互不相干的电和磁都是由光子传递的,他们实质上是同一种相互作用力,因此麦克斯韦的电磁理论将电和磁统一了起来。上世纪60年代两位物理学家发现电磁力和弱力的媒介粒子也非常相似,于是他们迈出了终极理论的第一步,电磁力和弱力的统一,提出了"弱电理论"。但是问题就出在了这两类媒介粒子中,电磁力的媒介粒子没有质量而弱力的媒介粒子存在质量,指点不符合弱电理论本身的基础--规范对称性,导致了数学计算上的不严密。
此时科学家们想到粒子的质量不应该是凭空产生的,如果能够发现质量产生的机制,或许就能够解决问题。
英国物理学家希格斯指出真空中可能存在一种无处不在的量子场对粒子产生扰动,使粒子的原始状态和性质都发生了变化。这种场就被命名为"希格斯场",运行于"希格斯场"的粒子被命名为"希格斯粒子"。
这一理论使得前面提到的两种基本力的媒介子在原始状态上变得相同了,也就是原本都没有质量,是因为一种基本力的媒介子吸收了希格斯粒子从而产生了质量,这就使得困扰弱电理论的这一问题的得到了解决。
希格斯的理论指出,不同的粒子吸收希格斯粒子的能力是不同的,就像铁块、木头的棉花的吸水能力不一样,所以不同的粒子质量会不一样,而只有少数的如光子、引力子和胶子等粒子不直接与希格斯粒子作用,所以不带质量(静质量)。
那么物理学家认为在粒子吸收希格斯粒子之前都是相同的,之间并无区别,在吸收了希格斯粒子之后他们的能量变大,并且变化各不相同,从而宇宙中的粒子开始变得多种多样,而由粒子构造的世界才能不再枯燥,也就有了我们的世界。所以希格斯粒子被称为"上帝粒子",也被称为粒子物理学的"圣杯"。

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