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其實關於這個問題，無非就是分兩步來完成的，首先是科學家的理論預測，然後是通過實驗找到相關證據。

預測

那說起希格斯玻色子，我們就要先給希格斯玻色子定一個位置，它在什麼理論當中，有什麼用處。這要從上世紀的物理學發展說起，當時科學家發現了很多粒子，林林總總加起來得有100多號。這時候，他們就想如何利用理論把這些粒子的關係搞清楚。

那這個問題該如何去思考呢？其實，人類很早就有這方面的意識，那就是構成物質的應該是不可再分的基本粒子，但是要你要讓粒子們老老實實地待在一起，就需要相互作用。科學家發現，在宇宙中存在四種相互作用，引力，電磁力，強相互作用，弱相互作用。

科學家先是通過狹義相對論和量子力學構建了量子場論。然後基於規範場論，如果滿足對稱性的要求，就得引入了傳遞基本作用的規範玻色子。比如：傳遞電磁力的規範玻色子就是光子。但是強相互作用，弱相互作用還有引力其實是沒有著落的。當然，我們也知道，後來引力一直沒辦法納入到整個個體系中。

楊振寧和米爾斯在1954年的時候，就從麥克斯韋方程方程入手，試圖把理論延伸到強相互作用和弱相互作用。但是，這時候就出現了一個問題，如果按照理論框架走，傳遞強相互作用和弱相互作用的玻色子就會出現質量為零的情況。

為了能夠解決這個問題，多位學者開始著手研究這個問題，他們要做的是要讓基本粒子有質量，同時還不能和規範場理論相互衝突。許多科學家都給出瞭解決方案，而由希格斯等人分別獨立特出的希格斯機制被廣泛接受，並且他們預言了希格斯玻色子(假設希子質量為126GeV）的存在，是希格斯場讓基本粒子減速，並且獲得質量。

但是理論到底對不對，還是要依靠著實驗來證明的。在希格斯機制中，希格斯場是廣泛分佈於整個宇宙空間的，無處不在。而希格斯玻色子其實就是希格斯場的漣漪，就有點像引力波之於引力場的感覺。

實驗

那也要如何找到希格斯玻色子呢？

說白了還是要用到大型粒子對撞機，這個實驗的原理其實是兩個粒子束加速到極其高的能量狀態，然後讓它們在粒子探測器當中相互碰撞，用這樣的辦法就有可能生成希格斯玻色子。

根據理論，希格斯玻色子的壽命其實極其短（我們其實管這個叫做半衰期），它會在極短的時間內（平均壽命1.56×10^−22 s）發生衰變，但由於整個過程是在太快了，所以，探測器一般只能記錄下所有的衰變產物。科學家通過實驗數據去重建整個衰變的全過程，如果結果是符合希格斯玻色子的衰變理論，那就有可能是找到了。

聽起來好像很容易，實際上這個是特別難的事情，或者說是概率極其低的事情，大概只有百億分之一。也就是說，做這個實驗的科學家要蒐集幾百億個碰撞時間的數據，然後進行分析。只有那些符合理論的才有可能是希格斯玻色子的衰變事件。其實這也就意味著需要處理數據能力超強的電腦。

一開始有一些頂級的實驗室加入了尋找希格斯玻色子的實驗中來，但是都失敗了。為了能夠找到希格斯玻色子，科學家建造了一臺性能更加強勁的對撞機，並且還配備了一臺超高性能的計算機。完成這個實驗的是歐洲核子研究組織的大型強子對撞機，簡稱：LHC。

在2010年，兩個探測器都檢測到了異常的數據。ATLAS在範圍為125-126GeV探測到了質量超額的事件，CMS在範圍為124GeV探測到了質量超額的事件，經過兩年的反覆檢驗，科學家確認找到了希格斯玻色子。（而之前我們也說到過，理論預測希格斯玻色子的質量是126GeV）

於是，LHC在2012年6月，對外正式宣佈找到了希格斯玻色子。

隨後，提出希格斯機制相關的兩位科學家恩格勒和希格斯獲得諾貝爾物理學獎，這個頒獎速度在諾獎歷史上都是極為罕見的，足以見得預言並找到希格斯玻色子的重要性。

而希格斯玻色子實際上還被人戲稱為：

正是它的存在，使得粒子們可以獲得質量，當然也有例外，傳遞電磁相互作用的光子和束縛夸克的膠子實際上是不和希格斯場發生作用的，所以它們的靜止質量是0。而夸克和各類輕子的質量都是來自於希格斯場。

鍾銘聊科學

關於標準模型中的粒子，最多的問題就是有關希格斯玻色子的，而希格斯玻色子更是被稱為上帝粒子，因為在當時希格斯粒子被認為是標準模型中缺失的一塊，如果沒有找到整個標準模型將會崩塌。

我們就借題主的問題回答以下幾個問題：標準模型中的粒子都有哪些？有什麼作用？希格斯粒子是怎樣被發現的？標準模型目前還存在什麼問題？

上圖中都是組成已知物質不同類型的粒子，下面我將對這些粒子做一個基本的介紹。這些粒子可以分為四種不同的類型：

1. 夸克:在左上角，夸克是微小的亞原子粒子。它們負責構成質子、中子和宇宙中所有元素的原子核。我們還在粒子加速器和宇宙射線的幫助下發現，發現了一些奇怪的粒子（比如：介子和超子）。六個夸克中每一個都有三種不同的顏色(紅、白、藍)，兩種不同的自旋(+½-½)，以及物質和反物質兩種類型，,總共72種可能的狀態。事實上，我們所知宇宙中的大部分物質都是由夸克構成的。(但不包括暗物質。)
   

2. 輕子：在右下角，輕子比夸克輕得多。電子是最著名也是我們最熟悉的輕子，它負責電磁力，並把質子、中子和原子核變成原子。六個輕子都可以以物質和反物質的形式存在，但是電子、μ介子,和τ介子可以有兩種不同自旋(+½和-½)，下面三個中微子沒有選擇，“物質”中微子都是自旋-½和“反物質”中微子的都是自旋+½。輕子都有質量，包括不應該有質量的中微子(表明有一些超出標準模型的東西還沒有被發現)，總共有15種不同類型的輕子。
   
   
3. 規範玻色子（力的載體）:上圖右邊，這些粒子負責夸克和輕子之間的力。最熟悉的就是光子負責傳遞電磁力。不過，光子沒有物質和反物質之分，因為光子就是它自己的反粒子，它唯一的兩種狀態來自不同的自旋(+1和-1；0是禁止的，因為光子沒有質量)。W玻色子(帶+和-電，自旋為+1，0和-1)和Z波色子(中性，自旋為+1，0和-1)，這些粒子負責傳遞弱相互作用力和放射性衰變。還有膠子，一種無質量的“膠水”，它是產生強大核力的原因。膠子負責把質子、中子結合在一起形成原子核。膠子也有兩種不同的自旋(+1和-1)，八種不同的顏色組合，沒有電荷。總的來說，這意味著傳遞力的載體有27種不同的狀態，目前除了引力以外，已發現的載體粒子能確定和解釋三種自然力。
   
4. 希格斯玻色子:沒有這個標量玻色子，標準模型就沒有意義。2012年7月4號，科學家宣佈在LHC中發現了這種粒子。希格斯玻色字的發現標誌著描述三種自然力和所有粒子的標準模型理論初步確立！希格斯玻色子會與夸克、帶電的輕子和弱力載子相互作用，賦予它們質量，但不與光子或膠子相互作用，所以它們沒有質量。
   

這些粒子生活在標準模型的動物園裡。

當人們發現了夸克、輕子和力的傳遞粒子，而且這些粒子都經過了極其嚴格的測試。最後一個謎題就是：這些粒子的質量從何而來?

當時根據理論，希格斯玻色子應該與夸克、輕子、W和Z成雙成對，並賦予它們質量，但與光子或膠子無關。理論上，希格斯玻色子也和自己配對，也就是說，它本身有質量。

質量是多少?一開始我們並不確定。但是，根據標準模型，我們可以限制它的質量。

在大型強子對撞機之前，我們還有LEP，它和現在的大型強子對撞機使用的27公里長的地下隧道是一樣的。只不過，LEP碰撞的不是質子，而是電子和正電子。當時根據LEP的測量，如果希格斯粒子的質量低於114Gev/c²，那麼LEP就會被發現希格斯粒子，但是並沒有，所以我們可以確信，如果希格斯粒子存在，它會比這個更重。(順便說一下，GeV是能量的單位。相比之下，質子的靜質能略小於1Gev/c²，更準確地說是0.938 Gev/c²）。

對電磁和弱相互作用的精確測量告訴我們，如果標準模型是有效的，希格斯粒子也不會太重。當時從世界各地多個對撞機的極限來看，希格斯玻色子的質量必須小於186 GeV/c²。所以我們能找到希格斯粒子的範圍很窄。

2010年的7月，Tevatron(伊利諾斯州巴達維亞費米實驗室的巨型加速器)排除了部分質量範圍！得到的結果是：如果希格斯粒子存在，它要麼比158Gev/c²輕，要麼比175Gev/c²重。

當時人們認為大型強子對撞機(LHC)位於法國和瑞士邊境的巨型對撞機，應該能夠找到這個拯救標準模型的粒子，

雖然關於希格斯粒子在理論上大多都是猜測猜測，但大多數人都認為希格斯玻色子會被發現。並且當時理論粒子物理學家都預計，當這種被發現時，它的質量將在140 GeV/c²左右，當時人們猜測主要集中在以下三點：

• 也許希格斯粒子，標準模型中唯一的基本標量(無自旋)粒子，是被禁止的？畢竟，我們以前從來沒有觀察到過一個基本的標量粒子，大多都是複合標量粒子。（最後事實證明希格斯玻色子確實是標準模型中唯一一個基本標量粒子）
  

• 也許標準模型中的“粒子”根本不是基本粒子！雖然存在夸克禁閉之類的限制，但確實也是可能繼續再分的。
  
• 也許（很瘋狂的想法），我們對質量的起源和物質本質的理解存在我們還不知道的錯誤。

雖然希格斯玻色子的發現暫時保住了標準模型，但是我們依然面對很多問題。這不是一個大統一的理論。

標準模型粒子的質量之間為什麼有那麼大的不同？標準模型並沒有包含廣義相對論

質量的不同說明，希格斯粒子必須與粒子之間有不同的耦合常數，但標準模型並沒有解釋原因和方式。另外，儘管希格斯玻色子給了粒子一個“靜止質量”(有些人稱之為慣性)，但它並不能解釋具有質量的物體是如何產生引力和相互作用的。所以即使我們找到了上帝粒子，但標準模型還不夠完善，我們還有很長的路要走。

量子科學論

恕本民科直言，天文觀測毫無疑義地表明，宇宙中只存在著質量，引力和慣性巨大的，不能轉換成能量的黑洞，根本就不存在只有慣性質量，而沒有引力質量，能夠轉換成能量的荒謬的希格斯粒子！所謂的希格斯粒子是一個徹頭徹尾的錯誤！

一旦本民科製造出最小的黑洞，所謂的希格斯粒子便壽終正寢了！

外星文明新時代

原子為物質最小單位，離開分子立馬消失，還用對撞機？對撞機理論就是謬論，偽科學，禍國害民。

粒子的發現必須藉助光電設備，所謂對撞機應用就是痴人說夢。

它所發現的夸克，希格斯波色子等幾十種粒子就是造假，全部理論，文章無依據，除了編還是編，瞬間消失的粒子去那裡研究？

要研究質子內結構要保證原子結構完整的情況下才有意義。

據黃氏宇宙新論表明，原子由場組成，內環境為電場態，質子內就是弦，為最裡層，也是能量最高點。

質子數目多少表現為原素，以表明了理化特性，故質子內結構研究困難且意義不大。

原黃烈平

希格斯粒子，又名上帝粒子。尋找它，可以說是“大海撈針”。2012年，物理學家們才在在汪洋的“粒子海”中撈到了這根標準模型的“定海神針”。

什麼是希格斯粒子？

按照量子場論發展出的現有理論，構成物質的基本粒子，本應都是沒有質量的。

1964年9月15日，歐洲物理學會主辦的《物理快報》（Phy. Lett.）發表了彼得•希格斯關於對稱性破缺和無質量粒子問題研究的第一篇論文（1964年7月27日寄出）。

該篇只包含了79行文字和5個方程的論文，揭示了一個重要的物理思想，即有可能通過對稱性破壞為傳遞相互作用的粒子提供有限的質量。

1964年10月19日，美國物理學會主辦的《物理評論快報》（Phys. Rev. Lett.）發表了希格斯的第二篇論文（1964年8月31日寄出）。

這兩篇文章裡所揭示的理論機制被稱為“希格斯機制”。希格斯機制的作用就是賦予基礎粒子於質量，簡單的說，希格斯機制描述了一個特殊的能量場，稱為“希格斯場”。

這個場遍佈宇宙，如果沒有它，就沒有恆星，沒有行星，沒有地球，沒有生命，沒有一切物質。

希格斯機制是標準模型的基石，它描述了標準模型中的夸克、輕子、W粒子、Z粒子為什麼會有質量。

希格斯場就像一個泥潭，一些粒子（光子、膠子）可以透過它，所以沒質量，而另一些粒子進入這個泥潭再出來就裹了一層泥，而獲得了質量。

而“希格斯粒子”，只是這些粒子與希格斯場交互作用時的副產物。

所以，證明希格斯粒子的存在，就能證明希格斯機制的正確性。

怎麼發現的希格斯粒子？

希格斯粒子被發現的官宣，來自2013年3月14日，歐洲核子研究組織CERN發佈了一份聲明，宣稱2012年探測到的新粒子就是希格斯粒子，“上帝粒子”終於被人類發現了。

On 14 March 2013 CERN confirmed that: "CMS and ATLAS have compared a number of options for the spin-parity of this particle, and these all prefer no spin and even parity [two fundamental criteria of a Higgs boson consistent with the Standard Model]. This, coupled with the measured interactions of the new particle with other particles, strongly indicates that it is a Higgs boson."

以上是英文原文。

希格斯粒子的發現地：歐洲大型強子對撞機LHC的ATLAS探測器。

簡單瞭解下LHC。

LHC作為全球最大的粒子對撞機，主要有三個核心結構：粒子加速環、碰撞點、實驗探測器。

粒子加速環，是一個長達27公里的接近完美圓形的環道里，外面包裹著超導磁鐵，為粒子加速；裡面填充著液氮，以求把管內溫度降低到絕對零度；裡面還有2條真空管道，方便把質子從兩個相反方向進行加速，然後對撞。

4個碰撞點，就是引導質子碰撞的地方。

7個實驗探測器，其中最出名的是ATLAS（超環面儀器實驗）探測器、CMS（緊湊性渺介子螺線管）探測器，兩個大型探測器。

而希格斯粒子就是在ATLAS中被發現的。僅ATLAS就長達44米，圓面直徑25米，重7000噸，相當於兩架波音737客機的體積。

整個LHC是人類有史以來，建設的最複雜、最龐大的科學實驗裝置，建在地下近百米深處，每一次運行大概要消耗一箇中等城市的用電量。

2012年，研究人員在LHC中，將兩團質子相向加速到光速的99.9999991%使其相撞，產生了宇宙誕生之初萬億分之一秒的高能狀態。在這種極端的能量狀態下，發現了一種新粒子，具有1200億電子伏特，用了一年多時間分析各項數據指標。

比如，這個新粒子可以衰變為兩個光子，因為光子不帶電，且屬於玻色子，所以新粒子必定是不帶電的玻色子。而且更具朗道-楊定理的結論，自旋為1的粒子不可能衰變為兩個光子，所以新粒子自旋只能是0、2、3…

總之，一大堆分析都與理論預言的希格斯粒子非常非常相似。

在2013年正式公佈這個消息後，物理學界為之瘋狂，同年10月，希格斯就並此發現獲得了諾貝爾物理學獎。

總結

在2012年以前，大量的基礎粒子相繼被發現，而希格斯粒子則是標準模型的最後一塊基石。雖然未被發現，但物理學界一直相信希格斯粒子的存在。

而隨著LHC撞出希格斯粒子，標準模型才正式成型。

參考文獻：《科學世界》2012年10期

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關鍵字: 格斯 玻色子 科學家