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直入正题:到2012年7月4日为止
希格斯粒子是粒子物理“标准模型”中最后一块尚待实验发现的基础碎片
但你可能会问,既然在20世纪70年代希格斯玻色子尚未被发现
为什么“标准模型”要将它与像电子、光子和夸克这些众所周知的粒子一起包括在内呢?
好问题!主要有两个原因
第一,就像电子是电子场的激发
希格斯玻色子只是遍布四处的希格斯场的激发
而希格斯场在弱核力的模型中扮演着不可或缺的角色
它尤其帮助解释了为什么弱核力那么弱
我们会在以后的短片中更多地讲解这个
但虽然弱核力理论在20世纪80年代就得到确认
在方程中,希格斯场是如此不可分离地与弱力混在一起
以致于我们现在仍不能确认它实际、独立的存在
将希格斯包括在“标准模型”中的第二个原因
是关于希格斯场赋予别的粒子质量的“鬼话”
可是,为什么一样东西的质量要被“赋予”呢?
质量不是物质固有的性质吗?就像电荷那样
呃,在粒子物理中,不是!
还记得在“标准模型”中,我们首先写下所有我们认为存在于宇宙中的粒子和它们的性质的数学配料清单
你可以看我的“万物之理”短片来快速复习一下
我们再将这份清单放入一台精妙的数学机器
它会吐出各种能告诉我们这些粒子行为的方程
只是,如果我们试图将质量包括在粒子性质的清单中
这数学机器就破了!
也许质量不是个好的选择
但我们在自然中观察到的大多数粒子确实有质量
所以我们必须想出一个聪明的使用“配料”的方法
使质量存在于最终的方程中,但不被包括在输入中
就好像你可以让酵母、粮和水发酵成酒,即使一开始并无酒精
就如你也许正期望的那样,解决方向是
将一个酵母般的希格斯场和其他“标准模型”的配料一起扔进去
当数学发酵后,我们得到了具有质量的粒子!
但这个模型也酿造了一个我们本并不想要的东西
一个孤单的希格斯粒子,那臭名昭著的玻色子
由于这模型非常好地解释了所有其他东西
我们猜这孤单的玻色子也很可能是正确的
总结一下:希格斯玻色子是一个粒子,是希格斯场余留的激发
后者又是“标准模型”所需要的,用来:
1.解释弱核力 2.解释为什么其他任何粒子会有质量
然而,这玻色子是希格斯场中唯一能被独立验证的一小部分
这恰恰是因为其他部分缠在了弱核力中和赋予粒子质量的事上
希格斯玻色子如此独立于“标准模型”的其他部分的事实
正是它最后被发现的原因
如果它与理论预测的一模一样,“标准模型”就完整了
唯一的问题是,我们知道“标准模型”不是对宇宙完整的描述
比如它完全遗漏了引力
所以,对于物理学家而言
如果希格斯玻色子不完全是我们预期的样子,事情会更有趣且有益
那样,我们也许可以得到一些提示,帮助我们获得对宇宙更深层的理解
所以,虽然我们刚刚有了一个发现,我们不能停手放松
我们需要一点提示,希格斯先生