海遠繼續在此介紹《The God Particle:If the Universe Is the Answer, What Is the Question?》(以下簡稱《The God Particle》)〈Chapter 8 : The God Particle At Last:Covers spontaneous symmetry breaking and the Higgs boson〉,這本書第八章內容涵括希格斯玻色子。

在這章節裏,「利昂.萊德曼教授」(Leon Lederman) 終於說到「希格斯玻色子」(Higgs boson),並解釋其重要性。在「標準模型」(Standard Model) 的理論中,「希格斯機制」(Higgs mechanism) 是基礎粒子獲得質量的物理機制。但是希格斯機制雖然預測了希格斯玻色子的存在,卻找不到希格斯玻色子,令整個希格斯機制理論仍然存疑;若能找到希格斯玻色子,則整個希格斯機制理論以至物質源起的理論,其可信性大為提高。因此,「希格斯玻色子」被他暱稱為「上帝粒子」。

質量的起源等同宇宙的起源,亦即是下一章所說的「宇宙大爆炸」(Big Bang)。這一切都是高深的物理學,海遠也不明白,有興趣的讀者可嘗試在《wikipedia》相關項目入手,找尋更多資料。

「希格斯玻色子」(Higgs boson) 相關網址–
“http://en.wikipedia.org/wiki/Higgs_boson”;
“http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B8%8C%E6%A0%BC%E6%96%AF%E7%8E%BB%E8%89%B2%E5%AD%90”。

「希格斯場」(Higgs field)相關網址–
“http://simple.wikipedia.org/wiki/Higgs_field”;
“http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B8%8C%E6%A0%BC%E6%96%AF%E5%A0%B4”。

「希格斯機制」(Higgs mechanism) 相關網址–
“http://en.wikipedia.org/wiki/Higgs_mechanism”;
“http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B8%8C%E6%A0%BC%E6%96%AF%E6%9C%BA%E5%88%B6”;
“http://baike.baidu.com/view/474889.htm?noadapt=1”。

「自發對稱性破缺」(spontaneous symmetry breaking) 相關網址–
“http://en.wikipedia.org/wiki/Spontaneous_symmetry_breaking”;
“http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AA%E5%8F%91%E5%AF%B9%E7%A7%B0%E6%80%A7%E7%A0%B4%E7%BC%BA”;
“http://www.baike.com/wiki/%E8%87%AA%E5%8F%91%E5%AF%B9%E7%A7%B0%E6%80%A7%E7%A0%B4%E7%BC%BA”。

質量之謎:

質量的起源或時常被歸功於希格斯機制,在標準模型裏,希格斯機制是基礎粒子獲得質量的物理機制。

在標準模型裏,假若溫度足夠高,物理系統的電弱對稱性沒有被打破,則所有基礎粒子都不具有質量。當溫度降到低於臨界溫度,希格斯場會變得不穩定,會躍遷至最低能量態,即量子力學的真空,整個物理系統的連續對稱性因此被自發打破,W玻色子、Z玻色子、費米子也因此會獲得質量。

希格斯機制假定存在着一種稱為希格斯場的純量場遍佈於宇宙。藉着與希格斯場耦合,某些原本沒有質量的粒子可以獲得能量,根據質能關係式,這就等於獲得質量。粒子與希格斯場耦合越強,則粒子的質量越大。

希格斯場可以比擬為一池黐黏的蜜糖,黏着於某種尚未帶有質量的基本粒子。當這種粒子通過希格斯場的時候,會變成帶質量粒子。更精緻地,可以將希格斯場比擬為在物理學術大會裏均勻分佈的學者:無名人士可以輕鬆地穿過會場,沒有人會注意到他的存在,就如同希格斯場與零質量光子之間的相互作用;假若物理大師進入會場,大家會被大師的魅力吸引,在大師四周擠成一團,因此,他會獲得很多質量。

希格斯粒子扮演了一個極為重要的角色。在大爆炸之後的千億分之一秒內,希格斯場充斥宇宙的每一個角落,給予每個粒子質量。有了這些質量,重力就能開始作用,產生了星球與宇宙的萬物,這個場支配了萬物的起源。現在,我們已經發現了塑造整個宇宙的基本素材,這個發現將改寫物理的教科書。

「大強子對撞機」(Large Hadron Collider) 是一個非常巨大的環形加速器,它能將兩束質子加速到光速的0.99999999倍,然後在指定的位置對撞。藉著如此高速的對撞,瞬間可以達到極高溫、極大的能量轉移之下,產生許多高質量的粒子,帶我們回到宇宙初始的那一刻。這瞬間產生的粒子當然也包含了希格斯粒子。

有關質量的起源, 海遠介紹以下網址–
“http://www.changhai.org/articles/science/physics/origin_of_mass/index.php”。

在此,可重新回顧網誌327的引述如下:

“The Nobel Prize in Physics 2013 was awarded jointly to François Englert and Peter W. Higgs for the theoretical discovery of a mechanism that contributes to our understanding of the origin of mass of subatomic particles, and which recently was confirmed through the discovery of the predicted fundamental particle, by the ATLAS and CMS experiments at CERN’s Large Hadron Collider.”
(網址是–“www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2013/”。)

又引述自「路透社」(Reuters) 於2013年10月8日星期二發佈的新聞訊息如下:

“Britain’s Peter Higgs and Francois Englert of Belgium won the Nobel Prize for physics on Tuesday for predicting the existence of the Higgs boson particle that explains how elementary matter attained the mass to form stars and planets.

The insight has been hailed as one of the most important in the understanding of the cosmos. Without the Higgs mechanism all particles would travel at the speed of light and atoms would not exist.”

再回顧一系列核子物理學歷史如下:

1964年,「彼得.希格斯教授」(Peter Higgs) 及「弗朗索瓦.恩格勒教授」(Francois Englert) 等學者最初提出「希格斯機制」。

1970–1980年,「標準模型」的理論已經確立,見網誌333。

1977年,萊德曼領導位處美國芝加哥附近的「費米國立加速器實驗室」(Fermilab) 之科研小組,發現「底夸克」(bottom quark)。

1978–89年,萊德曼出任費米國立加速器實驗室總裁(Director of Fermilab)。

1988年,萊德曼獲頒諾貝爾物理學獎。

1983年,費米國立加速器實驗室建成「太伏質子加速器」(Tevatron),但萊德曼知道太伏質子加速器的能量不足夠找到希格斯玻色子,因此支持並設計一個更强的對撞機「the Superconducting Super Collider project」。但在1989年蘇聯解體後,美國政府削減科研經費而中止這計劃。

1993年,萊德曼出版《The God Particle》這本書,其實是表達對美國政府削減科研經費的不滿,也令希格斯玻色子從此廣被世人留意。

2008年,「歐洲核子研究組織」(European Organization for Nuclear Research;簡稱CERN) 的「大型強子對撞機」開始運轉。

2012年,找到了希格斯玻色子。

2013年,希格斯教授與恩格勒教授榮獲諾貝爾物理學獎。

這篇文章發表 於 星期二, 四月 8th, 2014 9:11 上午 在 邁向現代 Road to Modernity. 你可以回應這篇文章透過 RSS 2.0 feed. 你可以 留下回覆, 或 引用 從你的個人網站.

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