什么是希格斯玻色子？

希格斯玻色子是一种特殊的粒子，在日常生活中并不常见。相反，它能微妙地与其他许多粒子相互作用，并负责赋予它们质量。此外，它在决定自然界力的特性方面起着至关重要的作用。

希格斯玻色子的发现

1964年，包括英国物理学家Peter Higgs在内的几位研究人员，巧妙地解决了一个理论物理学中的棘手问题。这个问题是，在高能量下，自然界的两种力，即电磁力和弱核力，会合并成一种力。但在低能量下，这两种力却截然不同，具有不同的力载体、作用范围和性质。

这项实验结果表明，这些力之间存在着深刻的联系，但这种联系只在高能量下显现，而在低能量下，宇宙中的其他东西正在打破这种联系。

Higgs推测，存在一个量子场，它弥漫于所有空间和时间，后来以他的名字命名为希格斯场，它起到了在这些力之间楔入一个“楔子”的作用。这两种力自然地想要融合在一起，因此它们在高能量下能够克服希格斯场。但在低能量下，希格斯场占据主导地位，使这两种力保持分离。

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希格斯玻色子的重要性

但Peter Higgs很快意识到，这个奇特的量子场还有其他令人惊叹的特性。该场不仅与电磁力和弱核力相互作用。它还与一整类称为轻子的粒子相互作用，其中包括电子和夸克——构成物质的基本粒子。

具体来说，与希格斯玻色子的相互作用是这些粒子获得质量的原因。换句话说，没有希格斯玻色子的存在，这些粒子将是无质量的。一种可视化方式是想象希格斯玻色子是一种充满宇宙的粘稠的、粘稠的汤。所有粒子都想以光速移动，但不得不穿过这锅汤，这会减慢它们——看起来就像它们拥有自己的质量一样。不同的粒子与希格斯场的相互作用强度不同，这就解释了为什么它们的质量不同。

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为什么它被称为“上帝”粒子？

希格斯场在我们现代粒子物理学理论，即标准模型中，起着关键作用。它同时解释了电磁力和弱核力为何分离，以及其他粒子为何具有质量。然而，尽管它有很强的理论存在依据，但数十年来一直没有证据证明其存在。

1993年，诺贝尔奖获得者物理学家Leon M. Lederman想写一本关于希格斯玻色子的书，探讨它的重要性、围绕它的谜团以及我们无法探测到它的沮丧。据Lederman说，他想称之为“该死的粒子”（“goddam particle”），但他的出版商建议称之为“上帝粒子”（“god particle”）。这本书以这个名字作为书名，大获成功，这个昵称也随之流传开来——这让Higgs感到沮丧，他不喜欢这个名字可能会冒犯宗教人士并让公众感到困惑。

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证明希格斯玻色子的持续努力

从20世纪80年代末开始，物理学家们开始制定建造一个能够探测希格斯玻色子的粒子加速器的计划。希格斯粒子是更大量子场的一个局部强烈振动，预计质量非常大，这需要一个非常大的对撞机来可能找到一个。

位于德克萨斯的超导超级对撞机本应做到这一点，但在建设两年后，美国国会撤销了资金，使粒子物理学界陷入困境。又过了一个十年，他们才能够开发出位于瑞士CERN设施的大型强子对撞机。

终于，在2012年，对撞机的两个实验，ATLAS和CMS探测器，发现了一个与希格斯玻色子精确描述相符的全新粒子。在预测了四十年后，Higgs的发现得到了证实。

研究人员继续研究希格斯玻色子，因为它可能在早期宇宙中发挥了重要作用，而且可能存在其他我们尚未发现的、类似于希格斯场的场和粒子。

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文章来源

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• 大英百科全书。希格斯玻色子

• CERN。希格斯玻色子

• 俄勒冈大学。轻子

• 物理研究所。标准模型

• 诺贝尔奖。Leon M. Lederman 事实

• Energy.gov。DOE解释……希格斯玻色子