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上帝粒子是什么东西(上帝粒子的组成物质与标准模型)

最佳答案

希格斯玻色子,被称为“上帝粒子”,是赋予基本粒子乃至我们身边每一件事物质量的物质。

上帝粒子是什么东西(上帝粒子的组成物质与标准模型)

那么希格斯玻色子是由什么组成的?

这是一个需要从本质上解决的基本问题。当你看到一所房子时,大多数人会说房子是用石头或木头建造的。然而,当你仔细观察后,你会发现石头或是木材也是由越来越小的物质组成的。最终,你会找到原子。原子是如此之小,几十年来我们一直认为它是自然界中最小的东西,是宇宙万物的基本组成部分。

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原子模型

但科学家们偶然发现了小得多的电子,继而发现了中子和质子。基本原子结构的诞生,标志着原子模型的成熟,但电子、中子或者质子,这些粒子是否也是由更基本或更小的物质组成的?

标准模型

在继续探索之前,先来了解一下基本粒子的标准模型。我们来看位于瑞士的大型强子对撞机实验结果。实验人员利用27公里的环形隧道,将两束质子加速到7Tev进行碰撞(相当于99.9的光速),从而将质子击碎,来窥探其内部结构。

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在撞击过后的残骸中,一共发现了61种基本粒子,建立起了粒子物理学的标准模型。基本粒子可以分为三类:夸克、轻子和玻色子。夸克是我们较为熟知的基本粒子,包括顶夸克、底夸克、上夸克、下夸克等。夸克相互结合,形成强子,也就是我们所说的中子和质子,是原子核的组成部分。轻子不参与强相互作用过程,是自旋为半奇数的粒子(1/2,3/2...),包括电子、中微子等。而玻色子是传递夸克与轻子相互作用的信使,比如光子传递电磁力,胶子传递强力,w玻色子和z玻色子传递弱力。

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事实证明,电子不是由其他物质构成的,也不能再分割下去。然而,质子和中子确实是由更小的粒子组成的,这就是我们熟知的夸克。到目前为止,还不能将夸克击碎,也就是说,它们不能被分解或分裂成更小的粒子,因此夸克普遍被认为是自然界中的基本粒子。

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希格斯场

标准模型的致命缺陷在于,不能解释为什么事物有质量或重量。英国理论物理学家彼希格斯偶然间突发奇想,他认为一定是其他东西导致了粒子具有质量,于是引入了希格斯玻色子的概念。希格斯玻色子在空间中形成希格斯场,其他基本粒子在这个场中搅动,从而获得了质量,希格斯玻色子由此诞生。

我们如何才能找到它?

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大型强子对撞机

依托大型强子对撞机的粒子猛烈冲撞,是我们目前寻找“上帝粒子”的唯一途径。如果希格斯场的假设是正确的,在粒子碰撞留下的碎片中,我们应该能够找到希格斯玻色子的证据。大型强子对撞机探测器粒子碰撞过程并不容易,因为当我们把两个东西互相砸在一起时,碰撞后的产物多而杂乱。使用质子进行碰撞,避免了更大的物体会产生太多的碎片,而更小的物体产生不了足够的碎片,质子的大小正好合适。

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没有人见过希格斯玻色子,也不知道希格斯玻色子有多大,这对定位希格斯玻色子的确切位置带来了难度。发现希格斯玻色子并不是物理学家的终极目标,这只是第一步。关于粒子物理和量子力学还有许多重要的问题有待解决,发现希格斯玻色子仅仅是开始,下一步将是解释它的存在机制,以及在一定能量范围内,它是如何产生希格斯场来影响粒子的。

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对希格斯粒子的运作原理,可以做一个解释类比,希格斯玻色子就像是一个磁体,在它周围产生类似磁场的希格斯场。其他粒子需要外部磁场才能具有磁性,对于质量来说,也应该通过希格斯场来获得。希格斯玻色子就像一块永磁体,因为它产生的“质量场”(好比于磁场),将其他粒子引入场内而获得质量。希格斯玻色子是基本粒子标准模型的基石,如果没有希格斯玻色子,物理学家将不得不从头开始,这将颠覆数十年的理论研究。

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