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Higgs粒子简介

(2012-07-05 01:39:00)
标签:

杂谈

分类: 知识
Higgs粒子终于接近将被发现了。这条新闻居然暂时成了新浪微博搜索最多的,看来大众还是挺感兴趣的。浏览后发现,有一些好的科普知识,但也有一些误区需要澄清。
首先,Higgs粒子不是通常的点状粒子,不是像沙子一样的稳定存在,它在对撞机上产生出来后大概在10^(-22)秒(1百万亿亿分之一秒)就会衰变成其他粒子,比如说会变成两个光子(光线的很小很小微粒)。通过测量其衰变产物的动量,来得知它的存在以及相关性质,如质量大概在125个质子质量附近。对于这种粒子,无法说它体积大概是多大,因为无法测量其体积,并且其质量分布也是不确定的,说它约有125个质子重,这种重量不是放在天枰上称出来的,而是它的一种内禀属性(即不随时间空间变化的性质)。
其次,这次新闻给出来的信号的可行度是5(ATLAS实验组)和4.9(CMS实验组)个(希腊字母)sigma。意思是说:如果说观测到的东西是已知背景的统计涨落的话,其概率应该是一百万分之一左右。反过来,就是很有可能是新鲜的现象。俗话说“以防万一”,物理学家给发现一个新东西定下的标准是“以防百万一”。并且,要有不同的实验组独立发现,互相验证之后才能确定是一个发现。因此,由于4.9还是比5小,现在的结果还不能当做一个发现。当然,将4.9升到5,只是时间上的问题了(分析更多事例之后就可实现)。
然后,这个新发现的粒子是不是粒子物理学家期待已久的Higgs粒子呢?尽管现在的分析表明,用粒子物理标准模型中的Higgs粒子来解释现在实验观测到的现象,其吻合程度差不多是最高的,但是仍然不能排除其他解释,比如引力微粒。为了回答这个问题,实验学家还要继续分析不同过程的事例,从方方面面来研究它和其他粒子相互作用的性质,看是否和预期的相符。
最后,所谓的Higgs粒子为什么重要?理解客观世界的组成和相互作用的规律一直是物理学发展的目标之一,至上世纪60年代,人们已经发现了和电灯电脑等相关的电磁相互作用以及和原子弹相关的弱作用可以用统一的理论来描述,但是传播这两种作用力的粒子是不同的:传播电磁相互作用的光子是无质量的,而传播弱作用的W粒子是很重的(约为80个质子那么重)。为了调和这种矛盾,Higgs(英国物理学家)等人从超导物理中借用灵感提出了Higgs机制,利用这种机制可以统一两种相互作用,但是得假定引入新的粒子,即Higgs粒子。这种机制简单说来,就像人在空气走行走很自由,很快,但是在水中走就比较慢,这里“慢”指的不是速度慢,而是想改变速度不容易------突然跑起来不容易,突然停下来也不容易。这种改变速度难易的程度就是质量的表征。光子就是在空中飞行,W粒子本来也是飞行,但是是在充满了水一样的Higgs粒子场中,这样看起来就是光子轻,W粒子重。40多年来,人们一直在寻找这种粒子,但是由于它的性质很特殊,喜欢与比较重的粒子交往,而常态物质却是由比较轻的粒子构成,寻找起来困难重重。为了产生这种粒子,首先得把携带巨大能量的常态粒子聚集到微小区域使之相撞,从真空中捞出一对正反重夸克,然后这正反夸克对湮灭就产生了Higgs粒子,之后它立马又衰变到其他比较轻的常态粒子,被实验仪器探测到。这个实验仪器的建造就像用铁针架起了铁塔,从它的实验结果看,和粒子物理标准模型的预言在几个数量级的范围内都是符合的,就好比这铁塔能经受住从1级到100级大风。各个环节都精准无误才能保证得到最后结果。这难道不是奇迹吗?看到预言变成了现实,难道不值得惊叹吗?半个世纪前梦想有世外桃源,而今得入其地,难道不会兴奋吗?

但是,故事刚刚开始,这桃源如何能在纷繁吵杂的打扰中保持它的清秀美丽,一定有它的原因。走,我们去看看......

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