上帝粒子是什么？也稱希格斯玻色子極不穩(wěn)定

但是要真正解釋諸多粒子和很抽象的科學(xué)問題并不容易，尤其是對于非物理學(xué)專業(yè)的人而言，因此，借助類比和模型就很重要。

比如使用樂高積木。

我們可以想象每塊積木都是由數(shù)以億計的粒子構(gòu)成的，從宇宙大爆炸開始，到認(rèn)識希格斯玻色子(上帝粒子)，再到對未來粒子物理學(xué)發(fā)展的暢想，這是一次獨(dú)特而美妙的探索之旅!

雖然積木的類比并不能完美地描述自然，但是卻能讓我們用最簡單的方法了解宇宙的全景。

那么上帝粒子到底是什么呢?它又是如何作用的?下面利用樂高積木來認(rèn)識一下。

一、上帝粒子

上帝粒子，也稱希格斯玻色子。希格斯玻色子(英語：Higgs boson)是粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的一種自旋為零的玻色子，不帶電荷、色荷，極不穩(wěn)定，生成后會立刻衰變。

希格斯玻色子是非常重要的粒子?？茖W(xué)家在1965年預(yù)測了它的存在，2012年正式確定了它的存在，這也是粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型拼圖中的后一塊。希格斯玻色子是與希格斯場密切相關(guān)的粒子。

希格斯場通過希格斯玻色子的交換作用，減緩了基本粒子的速度，就好像它們要穿過黏稠的糖漿一樣。這樣可以避免粒子達(dá)到最快的速度——光速。這種減速的行為與我們?nèi)粘|(zhì)量的理解類似，如果想加快一個較大質(zhì)量的物體的移動速度，那么就需要使出更大的力。

希格斯玻色子并不是用同樣的方式與所有的粒子相互作用，它的相互作用方式更獨(dú)特一些。與希格斯玻色子的相互作用越多，粒子的減速越大，觀察到的粒子的質(zhì)量也就越大。

1。頂夸克

頂夸克是最重的基本粒子，與希格斯玻色子的相互作用最多。

2。 “輕”電子

“輕”電子與希格斯玻色子的相互作用非常少，因此它比頂夸克更容易加速到高速狀態(tài)。

3。中微子

中微子的質(zhì)量非常微小，到目前為止還沒有確定是多少，所以在所有的費(fèi)米子中，它們與希格斯場的互動最少。

4。希格斯玻色子

希格斯玻色子有質(zhì)量，因為它可以與其自身相互作用，減慢它自己的速度，就像路人在街上閑逛著玩手機(jī)一樣。

二、尋找希格斯

如果Higgs場(Higgs場，又叫BEH場，BEH場是以羅伯特•布羅特、弗朗索瓦•恩格勒和彼得•希格斯命名的，希格斯和恩格勒因此獲得了2013年諾貝爾物理學(xué)獎。布羅特在2011年逝世了。)無所不在，那么為什么我們不能總是看到希格斯玻色子呢?

與W玻色子和Z玻色子一樣，因為希格斯玻色子質(zhì)量很大，所以需要很多能量才能產(chǎn)生它們。現(xiàn)在宇宙的平均能量較低， 它們只能以虛粒子的形式存在。要想直接檢測到希格斯玻色子，我們需要使用合適的能量將希格斯虛粒子帶到真實(shí)的世界。

這已經(jīng)通過大型強(qiáng)子對撞機(jī)實(shí)現(xiàn)了，主要有 4 種方式，每種都包含了 1個粒子和 1個反粒子的湮滅。

一旦生成，短壽命的希格斯玻色子就會立刻衰變成1個粒子反粒子對。就像W玻色子和Z玻色子的發(fā)現(xiàn)一樣，希格斯玻色子的存在是根據(jù)已知粒子衰變行為的能量總和推斷出來的。

如果測得的能量值超過了已知粒子能量的總和，那么就不能用我們已知的粒子來解釋這一現(xiàn)象，這非常重要，說明這個能量只能從一種新粒子的衰變中產(chǎn)生。

希格斯玻色子與任何有質(zhì)量的粒子發(fā)生相互作用，一般來說可以衰變成任何有質(zhì)量的玻色子或費(fèi)米子——質(zhì)量越大的粒子，希格斯越可能衰變成它們。

下圖演示了希格斯玻色子在大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC，世界最大的強(qiáng)子對撞機(jī))上的 ATLAS和CMS探測器中被觀察到的Higgs粒子候選事例衰變模式。

注：上圖4中所表述的希格斯玻色子還可以衰變成底夸克和反夸克(H→bb過程)于2018年在LHC上的ATLAS實(shí)驗上觀測到了，該書英文原版出版于2017年，出版時還未觀測到。

雖然2012年LHC上發(fā)現(xiàn)了Higgs，但是它的信噪比低，不足以更詳細(xì)的研究希格斯玻色子的性質(zhì)。

而中國提出的環(huán)形正負(fù)電子對撞機(jī)(CEPC)則可以制造大量干凈的希格斯粒子事例從而精確測量其性質(zhì)，確認(rèn)該粒子是否標(biāo)準(zhǔn)模型希格斯玻色子，并通過它深入研究電弱對稱性自發(fā)破缺機(jī)制和質(zhì)量起源等基本問題，尋找超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理的線索。

CEPC周長約100公里，大約為LHC周長的4倍，將是世界上最大的大型對撞機(jī)，它的建設(shè)將能極大促進(jìn)中國高能物理的研究，也將使我國成為世界粒子物理學(xué)的研究中心之一。

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