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该死的粒子赋予万物质量然后才有光辉国际

2020-05-20 13:04:07  阅读:334+ 来源:腾讯生活 作者:责任编辑NO。石雅莉0321

当天主巡视他所创造的国际时,他先是惊奇于它的美丽,接着又发现,这样一个国际实则也是令人厌烦的。所以,他进行了一番核算,然后快乐地笑了。他使国际胀大并冷却下来。

瞧,国际现已满足凉快,他的牢靠而忠诚的使者逐个希格斯场现已有了生机。在希格斯场的影响下,粒子开端从场中吸允能量,逐步变大;一起,作用力和作用力的传递者也开端增多……

天主被深深地打动了,情不自禁地大笑起来。不过,很快地,他又强压笑脸,招来了希格斯,带着责怪的口吻说道:“你为何需求损坏国际的对称性?”

希格斯被天主口气中流露出来的不满吓得惶惶不安,他这样辩解道:

“哦,主啊,我并没有损坏对称性。我仅仅是把它躲藏在能量消耗的骗局中。这样做,我确实使国际变得复杂啦。”

“谁能够预见到,除了这一套单调沉郁的相同物体之外,咱们还能具有核子、原子、分子、行星和恒星呢?”

“谁能够预言日落、海洋和那些由被闪电和热激起的各种厌烦的分子所组成的有机物呢?又有谁能想到进化,以及那些物理学家们在极力根究,而由我在为您效力时当心躲藏起来的东西呢?”

天主尽力止住自己的笑脸,宽恕了希格斯,并提高了他。

上面这番戏弄,出自爱恶作剧的美国物理学家利昂 莱德曼(1922-2018),在其于1993年出书的《天主粒子:假设国际是答案,终究什么是问题?》一书。

莱德曼自己因发现μ子型中微子、提醒了轻子的内部结构而荣获1988年诺贝尔物理学奖。他20年前的那个“预言”还真是靠谱——“苦海”里漫游好久的希格斯总算取得“提高”,摘下了诺贝尔奖的桂冠。而希格斯玻色子(希格斯粒子)的绰号——“天主粒子”得以广为流传,恰恰缘自莱徳曼的一句“咒骂”。

“天主粒子”之父利昂·莱德曼 | 费米实验室

说来话长

探寻物质终究要素是个陈词滥调的故事,科学家们为此付出了持续几个世纪的尽力。17世纪中叶,牛顿发现的万有引力,能够解说许多看起来毫不相关的现象:潮汐、苹果落地、行星运转和星系的构成。再往后,19世纪中后期,法拉第和麦克斯韦等人揭开了电磁波谱的隐秘,电、磁、阳光、无线电波和X射线都被看作是同一种力的体现。在20世纪20年代,原子得到了解说,从更根本的粒子的方式咱们弄懂了原子核是什么。1929年,劳伦斯制作了国际上第一台粒子回旋加速器,打开了探求不知道亚原子国际的大门……由此,咱们一步步地构成了对天地万物组成的根本知道。

让咱们将视界转向1964年。这一年的8月,时为英国爱丁堡大学数学物理讲师的彼得 希格斯,兴致冲冲地写了一篇论文投给欧洲的《物理快报》,但是,它却被修改以不宜宣告为由拒绝了。希格斯对此“感到怒火中烧”,由于他信任他所证明的东西在粒子物理学中会有很重要的成果,同行们显着没有了解他作业的真理。次年希格斯到哈佛大学做陈述,听众相同对他的理论持怀疑态度。一位哈佛大学的物理学家后来供认,他们“一向期待着摧残一番这个自以为能够绕开戈德斯通定理的痴人”。

彼得 希格斯 | wiki commons

再说当年,在对自己的论文略作修改后,希格斯把它投给了《物理快报》的竞争对手、美国的《物理谈论快报》。这篇论文被送到“识货”的南部一郎(2008年诺贝尔物理学奖得主)手中,请他做同行评议。南部要求希格斯谈论一下他的论文与比利时物理学家罗伯特 布劳特与弗朗索瓦 恩格勒刚刚(1964年8月31日)在同一期刊宣告的论文之间的联系,解说其理论的物理学含义。

希格斯此前从未听说过布劳特与恩格勒针对同一问题所做的作业,所以他遵从主张,在自己宣告于1964年10月19日、只要两页半篇幅的论文中加了一则注脚,表明留意到了他们的论文;又在正文中添加了终究一段,对“标量玻色子和矢量玻色子的不完全重态”的或许性表明晰重视,并适当隐晦地提到了存在另一个有质量且自旋为零的玻色子的或许性,即存在希格斯场的量子粒子的或许性。这种能招引其他粒子从而发作质量的粒子,便是闻名的希格斯玻色子(这个姓名其实便是在1972年今后オ广泛叫开的)。依据希格斯模型,根本粒子是跟一种看不见的、无所不在的场发作相互作用而取得了质量。

到了20世纪70年代,经过对多种粒子的研讨,物质的全部性质原则上都能够用一种相对简略并更有条理的理论来解说,即把实际中的全部归结为大约12种粒子和4种作用力。这种数学上自洽的理论被称为“规范模型”。它将那些组成天地万物的全部根本微粒体系地分门别类,构成了一张简略的列表,并阐明晰微粒之间相互作用的规则。“规范模型”预言了62种根本粒子的存在,其间61种粒子相继被实验所证明,只要希格斯玻色子难觅踪迹。

根本粒子的规范模型 | wiki commons

这终究是什么原因?

莱德曼在他那部科普作品中“咬牙切齿”地写道:“国际中有一个无所不在、鬼魂相同的大坏蛋,正在阻挠咱们了解物质的真实实质,阻挠咱们取得终极的常识。”这个看不见的阻挠咱们了解本相的妨碍叫希格斯场。它那阴冷的触角伸向国际的各个旮旯,而它的科学和哲学含义让物理学家起了一身鸡皮疙痞。希格斯场经过希格斯玻色子来发挥它凶恶的法力。

希格斯场经过希格斯玻色子来发挥它凶恶的法力 | 图虫构思

这种粒子对咱们终究了解物质的结构无足轻重;而一起,它又是那样的难以揣摩,所以,菜德曼给它取了一个绰号:天主粒子( God Particle)。不过,菜德曼本来取的姓名是“该死的粒子”( goddamn particle):“考虑到它那‘狠毒’的赋性,再加上花在它身上的巨额资金,我以为这个姓名或许愈加适宜。”但出书商不干,所以变通一下,就成了“天主粒子”。

寻觅希格斯玻色子正是制作超级对撞机的根本原因之一。物理学家需求希格斯玻色子来解说一个对普通人来说不是问题的问题:万物皆有质量

大型强子对撞机质子磕碰引起的希格斯玻色子候选事情 | wiki commons

2012年7月4日,坐落日内瓦的欧洲核子中心举办发布会宣告“发现了一种和希格斯玻色子的性质非常相符的粒子”。恩格勒与希格斯也应邀出席了发布会(他们是第一次碰头。布劳特久病不治,已于2011年5月逝世)。会场上,希格斯流下了激动的热泪逐个这一刻,他苦苦等了48年之久。2013年10月8日,瑞典皇家科学院宣告,本年度的诺贝尔物理学奖由恩格勒与希格斯一起共享。这一成果,不出许多业界人土的意料。

人们或许会感到古怪,天主粒子的提出和发现并非希格斯一人之功,为什么从前“名分”都安在了希格斯头上?或者说,希格斯的名望何故要远远大于布劳特与恩格勒?据我国高能物理学家那志忠考证,这与美国物理学家史蒂文 温伯格的一失“手”成千古恨多少有些联系。温伯格在1967年根据布劳特一恩格勒一希格斯机制建立了一致电磁力和弱核力的规范模型(他因而于1979年取得了诺贝尔物理学奖),电弱理论预言了希格斯粒子除了它质量以外的全部性质。但是,温伯格在引证这两组人1964年宣告的研讨成果时,却不经意地把希格斯的论文排在了布劳特与恩格勒的论文之前(尽管后者完结的论文宣告时刻要比前者早一个月)。

更“出格”的是,温伯格在自己宣告于1971年的一篇论文引述中,将希格斯宣告第一篇论文的期刊称号《物理快报》误写成《物理谈论快报》(希格斯这篇与电弱一致理论毫无联系的论文宣告于1964年9月15日,不是前述被修改“毙”掉的那篇),这样外表看起来好像希格斯的作业要显着早于布劳特与恩格勒的作业

可笑的是,许多作者并不仔细检查原始文献就搬用,将温伯格的笔误进一步扩大化,在某些特定的程度上也成果了希格斯的盛名。直到2012年5月,温伯格自己オ意识到自己的这一引证失误,并就此做了揭露纠正。同年9月,欧洲核子中心的官方网站将“希格斯机制”正式更名为“布劳特一恩格勒一希格斯机制”( BEH mechanism)。

希格斯势与希格斯场的联系形状恰似一顶墨西哥帽 | wiki commons

有人说,脚踏实地的科学家都非常轻视“天主粒子”这个称号,由于它夸张了希格斯粒子的重要性,并把大众的留意力招引到了物理学和神学之间的联系上,而这有时令人感到很不舒服。但是,不得不供认,它是一个深受科学记者和科普作家喜欢的称号。

那么,希格斯自己又怎么看呢?有报导称,希格斯最早得知粒子用自己的姓名命名,是1972年在美国伊利诺伊州费米实验室举办的会议今后。他说,尽管他是最早将咱们的留意力引向相关粒子的第一人,但这类理论中蕴涵的其他全部精华不属于他一个人。希格斯对立“天主粒子”之类的标签,尽管他自己是一名无神论者,却忧虑这个称号“会损伤笃信宗教者的爱情”

在“天主粒子”的背面,提醒了一个光辉的、令人目眩的国际。可很快咱们便会察觉到,咱们并没有正真取得全部的答案:电子、夸克和黑洞里边到底有什么呢?这样一些问题将牵引着咱们持续探求下去。

美国闻名天文学家兼科普作家卡尔·萨根以为,了解国际是一种享用,没有被鼓舞着去积极思考的人是不幸的。

这本开掘经典科学作品理趣、展现科学阅览之美、具有渊博科学视界的书评书话集,论题触及不同范畴近百部名著。纵横捭阖中,既有时空布景科学江湖的复原闪现,又有思想观点精力情感的热情磕碰。了解和赏识科学,爱上科学阅览,将从这儿起程。

作者:尹传红

修改:鞠强

排版:雷颖

题图来历:wiki commons

参考资料:

[1]《天主粒子:假设国际是答案,终究什么是问题?》,[美]利昂 菜徳曼、迪克 泰雷西著,米绪军、古雄伟、赵建辉、陈雄伟译,尹传红校,上海辞书出书社;

[2]《希格斯——“天主粒子”的创造与发现》,[英]吉姆 巴戈特著,邢志忠译,上海科技教育出书社。

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