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夸克能干什么(夸克怎样打开黄网页)

投稿- 2023-07-23 11:25:16

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希格斯玻色子是什么，真的被发现了吗

第二十四章：希格斯玻色子，让一切重起来

本书为量子力学科普书籍，但写到这里，都没有具体介绍过一种粒子。今天要为大家单独介绍一种粒子，它的名字叫——希格斯玻色子。这种粒子被称为上帝粒子，为什么呢？这就是我们今天要了解和理解的东西。

来了解一下希格斯粒子被发现的历史把。希格斯玻色子（英语：Higgsboson）是标准模型里的一种基本粒子，是一种玻色子，自旋为零，宇称为正值，不带电荷、色荷，极不稳定，生成后会立刻衰变。

希格斯玻色子是希格斯场的量子激发。根据希格斯机制，基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量。假若希格斯玻色子被证实存在，则希格斯场应该也存在，而希格斯机制也可被确认为基本无误。

物理学者用了四十多年时间寻找希格斯玻色子的踪迹。大型强子对撞机（LHC）是全世界至今为止最昂贵、最复杂的实验设施之一，其建成的一个主要任务就是寻找与观察希格斯玻色子与其它种粒子。

2012年7月4日，欧洲核子研究组织（CERN）宣布，LHC的紧凑渺子线圈（CMS）探测到质量为125.3±0.6GeV的新玻色子（超过背景期望值4.9个标准差），超环面仪器（ATLAS）测量到质量为126.5GeV的新玻色子（5个标准差），这两种粒子极像希格斯玻色子。

【在大型强子对撞机观测到的因质子碰撞而产生的希格斯玻色子候选事件：上方的紧凑渺子线圈实验展示出衰变为两个质子（黄虚线与绿实线）的事件，下方的超环面仪器实验展示衰变为四个μ子（红径迹）的事件。】

2013年3月14日，欧洲核子研究组织发表新闻稿正式宣布，先前探测到的新粒子暂时被确认是希格斯玻色子，具有零自旋与偶宇称，这是希格斯玻色子应该具有的两种基本性质，但有一部分实验结果不尽符合理论预测，更多数据仍在等待处理与分析。

希格斯玻色子是因物理学者彼得·希格斯而命名。他是于1964年提出希格斯机制的六位物理学者中的一位。2013年10月8日，因为“次原子粒子质量的生成机制理论，促进了人类对这方面的理解，并且最近由欧洲核子研究组织属下大型强子对撞机的超环面仪器及紧凑μ子线圈探测器发现的基本粒子证实”，弗朗索瓦·恩格勒、彼得·希格斯荣获2013年诺贝尔物理学奖。

标准模型中的费米子有六种是夸克（以紫色表示），有六种是轻子（以绿色表示），在这两类粒子右边有四种规范玻色子（以红色表示），最右边是希格斯玻色子（以黄色表示）。

在粒子物理学里，标准模型是一种被广泛接受的框架，可以描述强力、弱力及电磁力这三种基本力及组成所有物质的基本粒子。除了引力以外，标准模型可以合理解释这世界中的大多数物理现象。

早期的标准模型所倚赖的规范场论阐明，基本力是源自于规范不变性，是由规范玻色子来传递。规范场论严格规定，规范玻色子必须不带有质量，因此，传递电磁相互作用的规范玻色子（光子）不带有质量。光子的质量的确经实验证实为零。

借此类推，传递弱相互作用的规范玻色子（W玻色子、Z玻色子）应该不带有质量，可是实验证实W玻色子与Z玻色子的质量不为零，这显示出早期模型不够完善，因此须要建立特别机制来赋予W玻色子、Z玻色子它们所带有的质量。

由此在1960年代，几位物理学者研究出一种机制，其能够利用自发对称性破缺来赋予基本粒子质量，同时又不会抵触到规范场论。这机制被称为希格斯机制，希格斯机制已被实验证实。但是，物理学者仍旧不清楚关于希格斯机制的诸多细节。

这机制假定宇宙遍布着希格斯场，其能够与某些基本粒子相互作用，并且利用自发对称性破缺使得它们获得质量。

希格斯玻色子是伴随着希格斯场的带质量玻色子，是希格斯场的量子激发。假若能证实希格斯玻色子存在，就可以推论希格斯场存在，就好像从观察海面的波浪可以推论出海洋的存在。

而且我在《变化》一书中，也是就引力波的发现，更加确定了引力场的存在。

不仅如此，希格斯机制也可被确认为基本无误。在那时期，虽然还没有任何直接证据可以证实希格斯粒子存在，由于希格斯机制所给出的准确预测，物理学者认为，希格斯机制极有可能正确无误。到了1980年代，希格斯粒子的存在与否已成为在粒子物理学里最重要的未解决的物理学问题之一。

标准模型明确指出，希子的存在很难证实。与其它粒子相比较，制造希子需要极大的碰撞能量，必须建造超级粒子加速器来提供这样大的能量，而且，每一次碰撞制造出其它粒子的可能性比制造出希格斯波色子的可能性大很多，即使希格斯玻色子被制成，它也会非常迅速地衰变成别的粒子（平均寿命为1.56×10?22s），因此难以被检测到，只能倚靠辨认与分析衰变产物，才可推断出它们大概是源自于希格斯波色子，而不是源自于其它粒子。

此外，很多其它种衰变过程也会显示出类似的迹象，这使得寻找希格斯波色子有如大海捞针。只有依靠先进的超级粒子加速器与精准的探测器，物理学者才可观测数之不尽的粒子碰撞事件，将获得的纪录数据加以分析，寻找出蛛丝马迹，然后再进一步分析，计算希格斯玻色子存在的可能性，确定所得到的结果绝对不是来自偶发事件。

再华丽、再精致的理论，也需要通过实验加以证实，才会被正式接受，否则只能视为高谈大论。物理学者很希望能够证实希子是否存在。但是，早先从实验得到的数据只能让他们判别希子是否可能存在于某个质量值域。为了弥补这不足，欧洲核子研究组织在瑞士建成了大型强子对撞机（LHC）。它是全世界最先进的粒子加速器。它的主要研究目标之一就是证实希子是否存在。

功夫不负有心人，2013年，LHC的物理学者已确定发现希子，这发现强烈支持某种希格斯场弥漫于空间。当今，LHC仍旧在如火如荼地搜集数据，试图明白希格斯场的性质。

物理学者认为物质是由基本粒子组成，这些基本粒子彼此之间相互影响的基本力有四种。根据规范场论，为了满足定域规范对称性，必须引入传递基本力的规范玻色子。

特别而言，传递电磁力的规范玻色子就是光子。1954年，杨振宁与罗伯特·米尔斯试图将这关于电磁力的点子延伸至其他种基本力，他们提出了杨-米尔斯理论，但是规范场论预测规范玻色子的质量必须为零，而零质量玻色子传递的是类似电磁力的长程力，不适用于像弱核力或强核力一类的短程力。

怎样才能够使得传递短程力的规范玻色子获得质量？物理学者在凝聚态物理学的超导理论里找到重要暗示。1950年，俄国物理学者维塔利·金兹堡与列夫·郎道提出金兹堡-朗道理论，他们建议，在超导体里，弥漫着一种特别的场，能够使得光子获得有效质量，但他们并没有明确地描述这特别场。

1957年，约翰·巴丁、利昂·库珀、约翰·施里弗共同创建了BCS理论，他们认为，由电子组成的库珀对，形成了这特别场。规范对称性被这特别场隐藏起来，因此造成自发对称性破缺──虽然对称性仍旧存在于描述这物理系统的方程，但是方程的某种解答并不具有这对称性。

南部阳一郎于1960年将自发对称性破缺的概念引入粒子物理学。他建议，假定夸克与反夸克的质量为零，则生成它们的能量成本很低，如同电子们在超导体里凝聚为库珀对，它们会在真空里凝聚为夸克对，使得强相对作用的手征对称性被打破，夸克会因此获得质量。

他又指出，在这机制里，还会出现一种新的零质量玻色子，即π介子，由于上夸克、下夸克的质量不等于零，π介子的实际质量不等于零，只是比其他种介子的质量都轻很多。

1962年，杰福瑞·戈德斯通提出戈德斯通定理，对于这类零质量玻色子的性质给予描述。根据这定理，当连续对称性被自发打破后必会生成一种零质量玻色子，称为戈德斯通玻色子。

带质量粒子比较难制成，粒子加速器必须使用很高的能量来碰撞制成带质量粒子。零质量粒子案例跟重质量粒子案例不同，零质量粒子很容易制成，或者可从缺失能量或动量推测其存在。然而，事实并非如此，物理学者无法做实验找到其存在的任何蛛丝马迹，这事实意味着整个理论可能有瑕疵。

到1963年，菲利普·安德森发表论文指出，对于非相对论性的超导体案例，假若是规范对称性被打破，则不一定会出现戈德斯通玻色子，他进一步猜测，这机制应该可以加以延伸来处理相对论性案例，但他并没有明确地给出一个相对论性案例。这论述遭到未来诺贝尔化学奖得主沃特·吉尔伯特强烈反对。

1964年，弗朗索瓦·恩格勒和罗伯特·布绕特领先于8月，紧接着，彼得·希格斯于10月，随后，杰拉德·古拉尼、卡尔·哈庚和汤姆·基博尔于11月，这三个研究小组分别独立地发表论文，宣布研究出相对论性模型。

古拉尼于1965年、希格斯于1966年、基博尔于1967年，又分别更进一步发表论文探讨这模型的性质。这三篇1964年论文共同表明，假若将局部规范不变性理论与自发对称性破缺的概念以某种特别方式连结在一起，则规范玻色子必然会获得质量。

1967年，史蒂文·温伯格与阿卜杜勒·萨拉姆各自独立地应用希格斯机制来打破电弱对称性，并且表述希格斯机制怎样能够并入稍后成为标准模型一部分的谢尔登·格拉肖的电弱理论。温伯格指出，这过程应该也会使得费米子获得质量。

关于规范对称性的自发性破缺的这些划时代论文，最初并没有得到学术界的重视，因为大多数物理学者认为，非阿贝尔规范理论是个死胡同，无法被重整化。1971年，荷兰物理学者马丁纽斯·韦尔特曼与杰拉德·特·胡夫特发表了两篇论文，证明杨-米尔斯理论（一种非阿贝尔规范理论）可以被重整化，不论是对于零质量规范玻色子，还是对于带质量规范玻色子。自此以后，物理学者开始接受这些理论，正式将这些理论纳入主流。

从这些理论孕育出的电弱理论与改善后的标准模型，正确地预测了弱中性流、W玻色子、Z玻色子、顶夸克、粲夸克，并且准确地计算出其中一些粒子的性质与质量。

很多在这领域给出重要贡献的物理学者后来都获得了诺贝尔物理学奖与其它享有声望的奖赏。发表于《现代物理评论》的一篇1974年文章表示，至今为止，这些理论推导出的答案符合实验结果，但是，这些理论到底是否正确仍旧无法确定。

权威著作《希格斯狩猎者指南》的作者指明，标准模型拥有惊人的成功。现今，粒子物理学的核心问题就是了解希格斯区的相关理论。

1964年8月，恩格勒团队发表了三页论文，他们假定存在有复值标量场（即希格斯场），其数值在量子真空里不等于零，然后使用费曼图方法演示出规范玻色子怎样获得质量。恩格勒团队并没有提到任何关于希子的信息。

稍后，希格斯独立发表论文概述怎样能够应用定域规范对称性来回避戈德斯通定理，他并没有给出模型明确显示戈德斯通玻色子被抵销。不久之后，希格斯发表第二篇论文，他更仔细的表述这回避方法，给出一个可行模型，并且用这模型演示出规范矢量场怎样吃掉戈德斯通玻色子，因此获得质量。他将这篇论文被呈送给《物理快报》，但是令人惊讶地没有被接受。他无法理解，为什么同样的学术刊物，会接受一篇关于“带质量规范玻色子可能存在”的论文，又会否绝一篇描述“带质量规范玻色子实际模型”的文章。希格斯不因此而气馁，他又添加了一些内容，从他给出的模型，他预测另外存在一种带质量玻色子，后来知名为“希格斯玻色子”

希格斯的1966年论文推导出希子的衰变机制；只有带质量玻色子可以衰变，假若找到衰变的迹象，就可以证实希子存在。

古拉尼团队论文提到了恩格勒团队与希格斯先前分别独立发表的论文。古拉尼团队论文是唯一对于整个希格斯机制给出完整分析的论文。这论文也推导出希子的存在，但是希格斯的希子具有质量，而古拉尼团队的希子不具有质量，这结果令人疑问两种希子是否相同。在2009年与2011年发表的两篇论文中，古拉尼解释，在古拉尼团队给出的模型里，取至最低阶近似，玻色子的质量为零，但是这质量的数值没有被任何理论限制；取至较高阶，玻色子可以获得质量。

希格斯机制不但解释了规范玻色子怎样获得质量，还预测这些玻色子与标准模型的费米子之间的耦合。经过在大型正负电子对撞机（LEP）和斯坦福线性加速器（SLAC）做精密测量实验，很多预测都已经核对证实，因此确认大自然实际存在这一机制。

但物理学者仍旧不清楚希格斯机制到底是怎样发生，他们希望能从寻找希格斯波色子所得到的结果获得一些这方面的证据。

量子力学的真空与一般认知的真空不同。在量子力学里，真空并不是全无一物的空间，虚粒子会持续地随机生成或湮灭于空间的任意位置，这会造成奥妙的量子效应。将这些量子效应纳入考量之后，空间的最低能量态，是在所有能量态之中，能量最低的能量态，又称为基态或“真空态”。最低能量态的空间才是量子力学的真空。描述物理系统的方程所具有的对称性，这最低能量态可能不具有，这现象称为自发对称性破缺。

在标准模型里，为了满足定域规范不变性，规范玻色子的质量必须设定为零；但这不符合实验观察结果──W玻色子与Z玻色子都已经通过做实验检验确实拥有质量。因此，这些玻色子必须倚赖其它种机制或作用来获得质量。

如上图所示，假定有一种遍布于宇宙的复值希格斯场{displaystylephi}，而希格斯势与希格斯场{displaystylephi}的关系形状好似一顶墨西哥帽，最低能量态不在帽顶，而是在帽子谷底，在这里有无穷多个简并的最低能量态，其对应的希格斯场不等于零。每一个最低能量态位置都不具有旋转对称性。

在这无穷多个最低能量态之中，只有一个最低能量态能够被实现，旋转对称性因此被打破，造成自发对称性破缺，因此使规范玻色子获得质量，同时生成一种零质量玻色子，称为戈德斯通玻色子，而希子则是伴随着希格斯场的粒子，是希格斯场的振动。

但这戈德斯通玻色子并不符合实际物理。通过选择适当的规范，戈德斯通玻色子会被抵销，只存留带质量希子与带质量规范玻色子。总括而言，利用自发对称性破缺，使得规范玻色子获得质量，这就是希格斯机制。在所有可以赋予规范玻色子质量，而同时又遵守规范理论的可能机制中，这是最简单的机制。

按照希格斯机制，复值希格斯场（两个自由度）与零质量规范玻色子（横场，如同光子一样，具有两个自由度）被变换为带质量标量粒子（希子，一个自由度）与带质量规范玻色子（戈德斯通玻色子变换为一个纵场，加上先前的横场，共有三个自由度），自由度守恒。

费米子也是因为与希格斯场相互作用而获得质量，但它们获得质量的方式不同于W玻色子、Z玻色子的方式。在规范场论里，为了满足定域规范不变性，必须设定费米子的质量为零。通过汤川耦合，费米子也可以因为自发对称性破缺而获得质量。

稍微复杂一点，但更实际一点，在最小标准模型（minimalstandardmodel）里，希格斯场是复值二重态，是由两个复值标量场，或四个实值标量场组成，其中，两个带有电荷，两个是中性。在这模型里，还有四个零质量规范玻色子，都是横场，如同光子一样，具有两个自由度。总合起来，一共有十二个自由度。

自发对称性破缺之后，一共有三个规范玻色子会获得质量、同时各自添加一个纵场，总共有九个自由度，另外还有一个具有两个自由度的零质量规范玻色子，剩下的一个自由度是带质量的希子。三个带质量规范玻色子分别是W+、W-和Z玻色子。零质量规范玻色子是光子。由于希格斯场是标量场（不会因洛伦兹变换而改变），希子不具有自旋。希子不带电荷，是自己的反粒子，具有CP-偶性。

标准模型并没有预测希子的质量。假若质量在115和180GeV之间，则能量尺度直到普朗克尺度（1019GeV）上限，标准模型都有效。基于标准模型的一些不令人满意的性质，许多理论学者认为后标准模型的新物理会出现于TeV能量尺度。

希格斯波色子（或其他的电弱对称性破缺机制）能够具有的质量的尺度上限是1.4TeV；超过此上限，标准模型变得不相容，因为对于某些散射过程违反了幺正性。现今，学术界有超过一百种不同关于希格斯质量的理论预测。

理论而言，希子的质量或许可以间接估计。在标准模型里，希子会造成一些间接效应。最值得注意的是，希格斯回路会造成W玻色子质量和Z玻色子质量的小额度修正。通过整体拟合从各个对撞机获得的精密电弱数据，可以估计希子的质量为94+29

?24GeV，或小于152GeV，置信水平95%。

希子可能会与前面提到的标准模型粒子相互作用，但也可能会与诡秘的大质量弱相互作用粒子相互作用，形成暗物质，这在近期天文物理学研究领域里，是很重要的论题。

粒子对撞机尝试通过碰撞两束高能量粒子的方式来制备希子。实际物理反应依使用的粒子与碰撞能量而定。最常发生的反应为

在量子力学里，假若粒子有可能衰变成一组质量较轻的粒子，则这粒子必会如此衰变。衰变发生的概率与几种因素有关：质量差值、耦合强度等等。标准模型已将大多数这些因素设定，希子质量是一个例外。假设希子质量为126GeV，则标准模型预测平均寿命（meanlifetime）大约为1.6×10?22秒。

由于希子会与每一种“已知”带质量基本粒子相互作用，希子有很多种不同的衰变道。每种衰变道都有其发生的概率，称为分支比，定义为这种衰变道发生的次数除以总次数。右图展示出，标准模型预测的几种不同衰变模式的分支比与质量之间的关系。

在这几种希子衰变道之中，有一种衰变道是分裂为费米子反费米子对。对于希子衰变，产物质量越大，则耦合强度越大（呈线性或平方关系）。

因此，希子比较可能衰变为较重的费米子，希子应该最常衰变为顶夸克反顶夸克对。但是，这种衰变必须遵守运动学约束，即希子质量必须大于346GeV，顶夸克质量的两倍。假设希子质量为126GeV，则标准模型预测最常发生的衰变为底夸克反底夸克对，概率为56.1%。第二常发生的衰变是τ子反τ子对，概率为6%。

希子也有可能分裂为一对带质量规范玻色子。对于这模式，希子最有可能衰变为一对W玻色子，假设希子质量为126GeV，则概率为23.1%。在这之后，W玻色子可以衰变为夸克与反夸克，或者，衰变为轻子与中微子。这最后一种模式不能被重建，因为无法探测到中微子。希子衰变为一对Z玻色子会给出较干净的讯号，若果Z玻色子会继续衰变为易探测的带电荷轻子反轻子对（电子或μ子）。假设希子质量为126GeV，则概率为2.9%。

希子还可能衰变为零质量胶子，但是中间需要经过夸克圈。[57]对于这模式，最常会经过顶夸克圈，因为顶夸克最重，也因为如此，虽然这是个单圈图（one-loopdiagram），而不是树图（tree-leveldiagram），它发生的衰变概率仍旧可观，不容忽略。假设希子质量为126GeV，则概率为8.5%。

比较稀有的是希子衰变为零质量光子，概率为0.2%，这过程中间需要经过费米子圈或Ｗ玻色子圈。由于光子的能量与动量可以非常准确地测量，衰变粒子的质量可以准确重建出来。所以，在探索低质量希子的实验中，这过程非常重要。

所有应用希格斯机制来解释质量问题的模型中，最小标准模型只设定了一个复值二重态希格斯场，是最简单的标准模型。其它模型的希格斯场可能会被延伸成具有更多二重态或三重态。双希格斯二重态模型设定了两个复值二重态希格斯场，是在所有其它种模型中比较受到认可的模型，主要原因为:

1.在所有其它种模型中，它是最小、最简单的模型。

2.它能够添加更多物理现象，例如，带电荷的希子。

3.它遵守标准模型的主要理论约束。

4.低能量超对称模型必须具有这种结构。

为了要制成希子，在粒子对撞机里，两道粒子束被加速到非常高能量，然后在粒子探测器里相互碰撞，有时候，异乎寻常地，会因此生成产物希子。但是希子会在生成后会在非常短暂时间内发生衰变，无法直接被探测到，探测器只能记录其所有衰变产物（“衰变特征”），从这些实验数据，重建衰变过程，假若符合希子的某种衰变道，则归类为希子可能被生成事件。

实际而言，很多种过程都会出现类似的衰变特征。很庆幸地是，标准模型精确地预言所有可能衰变模式与对应的或然率，假若探测到更多能够匹配希子衰变特征的事件，而不是更多不同于希子衰变特征的事件，则这应该是希子存在的强烈证据。

低能量实验设施可能无法找到希子，必须建造一座高能量粒子对撞机，这对撞机还需要具有高亮度来确保搜集到足够的碰撞数据。另外，还需要高功能电脑设施来有序处理大量碰撞数据（大约25petabyte每年）。至2012年为止，它的附属电脑设施，全球大型强子对撞机计算网格（WorldwideLHCComputingGrid）已处理了超过三百万亿（3×1014）个碰撞事件。这是全球最大的计算网格，隶属于它的170个电算设施，散布在36国家，是以分布式计算的模式连结在一起。

最早大规模搜寻希子的实验设施是欧洲核子研究组织的大型正负电子对撞机，它在1990年代开始运作，直到2000年为止，但它并没有找到希子的确切存在证据，这是因为它的专长是精密测量粒子的性质。

根据大型正负电子对撞机所收集到的数据，标准模型希子的质量下限被设定为114.4GeV，置信水平95%。这意味着假若希子存在，则它应该会重于114.4GeV/c2。

费米实验室的兆电子伏特加速器继承了先前搜寻希子的任务。1995年，它发现了顶夸克。为了搜寻希子，设施的功能被大大提升，但这并不能保证兆电子伏特加速器会发现希子。在那时期，它是唯一正在运作中的超级对撞机，大型强子对撞机正在建造，超导超大型加速器计划已于1993年取消。历经多年运作，兆电子伏特加速器只能对于更进一步排除希子质量值域做出贡献，由于能量与亮度无法与建成的大型强子对撞机竞争，于2011年9月30日除役。

从分析获得的实验数据，兆电子伏特加速器团队排除希子的质量在100-103GeV、147-180GeV以内，置信水平95%。在能量115–140GeV之间区域，超额事件的统计显著性为2.5个标准差，这对应于在550次事件中，有一次事件是归咎于统计涨落。这结果仍旧未能达到5个标准差，因此不能够作定论。

欧洲核子研究组织的大型强子对撞机（LHC）的设计目标之一为能够确认或排除希子的存在。在瑞士日内瓦附近乡村的地底下，圆周为27km的坑道里，两个质子束相撞在一起，最初以3.5TeV每质子束（总共7TeV），大约为兆电子伏特加速器的3.6倍，未来还可提升至2×7TeV（总共14TeV）。根据标准模型，假若希子存在，则这么高能量的碰撞应该能够将它揭露出来。

这是史上最复杂的科学设施之一。在开启测试后仅仅九天，由于磁铁与磁铁之间电接连缺陷，发生磁体失超事件，造成50多个超导磁铁被毁坏、真空系统被污染，整个运作被迫延迟了14个月，直到2009年11月才再度重新运作。

2010年3月，LHC开始紧锣密鼓地进行数据搜集与分析。2011年12月，LHC的两个主要粒子探测器，超环面仪器（ATLAS）和紧凑μ子线圈（CMS）的实验团队，已将希子的可能质量值域缩小至115-130GeV（ATLAS）与117-127GeV（CMS）。另外，ATLAS在质量范围125-126GeV探测到超额事件，统计显著性为3.6个标准差，CMS在质量范围124GeV探测到超额事件，统计显著性为2.6个标准差。

由于统计显著性并不够大，尚无法做结论或甚至正式当作一个观察事件。但是，两个探测器都独立地在同样质量附近检测出超额事件，这事实使得粒子物理社团极其振奋，期望能够在检验完毕2012年的碰撞数据之后，于明年年底排除或确认标准模型希子的存在。CMS团队发言人吉多?桐迺立（GuidoTonelli）表示：“统计显著性不够大，无法做定论。直到今天为止，我们所看到的与背景涨落或与玻色子存在相符合。更仔细的分析与这精心打造的巨环在2012年所贡献出的更多数据必定会给出一个答案。”

2012年6月22日，欧洲核子研究组织发表声明，将要召开专题讨论会与新闻发布会，报告关于寻找希子的最新研究结果。不消一刻，谣言传遍了新闻媒体，记者们与一些物理学者纷纷猜测欧洲核子研究组织是否会正式宣布证实希子存在。

7月4日，欧洲核子研究组织举行专题讨论会与新闻发布会宣布，紧凑μ子线圈发现质量为125.3±0.6GeV的新玻色子，标准差为4.9；超环面仪器发现质量为126.5GeV的新玻色子标准差为4.6。

物理学者认为这两个粒子可能就是希子。欧洲核子研究组织的所长说：“从一个外行人的角度来说，我们已经发现希子了；但从一个内行人的角度来说，我们还需要更多的数据。”

一旦将其它种类的紧凑μ子线圈相互作用纳入计算，这两个实验达到局部统计显著性5个标准差──错误概率低于百万分之一。在新闻发布之前很长一段时间，两个团队彼此之间不能互通讯息，这样才能确保每一个团队得到的结果不会受到另一个团队的影响而发生任何偏差，这也可以让两个团队各自独立得到的研究结果可以彼此相互核对。

如此规格的证据，通过两个被隔离团队与实验的独立确定，已达到确定发现所需要的正式标准。欧洲核子研究组织的治学态度非常严谨，不愿意引人非议；欧洲核子研究组织表明，新发现的粒子与希子相符，但是物理学者尚未明确地认定这粒子就是希子，仍旧需要更进一步搜集与分析数据才能够做定论。

换句话说，从实验观测显示，新发现的玻色子可能是希子，很多物理学者都认为非常可能是希子，现在已经证实有一个新粒子存在，但仍旧需要更进一步研究这粒子，必需排除这粒子或许不是希子的任何可疑之处。

7月31日，欧洲核子研究组织的紧凑μ子线圈小组和超环面仪器小组分别提交了新的探测结果的论文，将这种疑似希子的粒子的质量确定为紧凑μ子线圈的125.3GeV（统计误差：±0.4、系统误差：±0.5、统计显著性：5.8个标准差）和超环面仪器的126.0GeV（统计误差：±0.4、系统误差：±0.4、统计显著性：5.9个标准差）。

2013年3月14日，欧洲核子研究组织发布新闻稿表示，先前探测到的新粒子是希子。

2013年3月14日，欧洲核子研究组织公开确认：

"紧凑μ子线圈小组与超环面仪器小组已对这粒子所拥有的自旋、宇称可能会产生的状况仔细分析比较，这些都指向零自旋与偶宇称（符合标准模型的两个对于希子的基要判据）。这事实，再加上测量到的新粒子与其它粒子彼此之间的相互作用，强烈显示这就是希子。

这也是第一个被发现的基本标量粒子。以下列出几个检试这125GeV粒子是否为希子的实验项目：

·玻色子：只有玻色子才能够衰变为两个光子。从实验已观常到这125GeV粒子能够衰变为两个光子，因此，这粒子是玻色子。

·零自旋：这可以从检验衰变模式证实。在初始发现之时，观察到125GeV粒子衰变为两个光子，根据对称性定律，可以排除自旋为1，剩下两个候选自旋为0或2。这决定于衰变产物的运动轨道是否有嗜好方向，假若没有，则自旋为0，否则，自旋为2。2013年3月，125GeV粒子的自旋正式确认为0。

·偶宇称（正宇称）：从研究衰变产物运动轨道的角度，可以查得到底是偶宇称还是奇宇称。有些理论主张，可能存在有膺标量（pseudoscalar）希子，这种粒子拥有奇宇称。2013年3月，125GeV粒子的宇称暂时确认为正宇称。排除零自旋奇宇称假说，置信水平超过99.9%。

·衰变道：标准模型已对希子的衰变模式给出详细预测。LHC已于2013年观察到双光子道等，证实希格斯场可以与玻色子相互作用。LHC又于2014年观察到其它两种模式，证实希格斯场可以与费米子相互作用。这意味着希子不只是衰变至传递作用力的玻色子，它还衰变至组成物质的费米子。

·对于这些模式，实验初始得到的分支比（branchingratio）或衰变率结果稍微高过预期值，意味着这粒子的物理行为可能更为怪异，但是，CMS团队领导约瑟·英侃德拉（JosephIncandela）认为，这分歧并不严峻。

·与质量相耦合：希子必须能够通过希格斯场与质量相耦合，也就是说，与W玻色子、Z玻色子相耦合。对于标准模型希子而言，所涉及的耦合常数cv=1{displaystylec_{V}=1}cv。从分析LHC实验得到的数据，cv在标准模型数值的15%内，置信水平95%。

·高能量碰撞结果仍旧与先前一致：在大型强子对撞机2015年重新开启之后，碰撞能量将达到设计的13–14TeV，未来实验将专注于寻找其它种类的希子（如同某些理论预测）与检试其它版本的粒子理论，实验获得的高能量结果必须与希格斯理论一致。

这就是整个希格斯玻色子被发现的过程和理论。美国物理学家、1988年诺贝尔物理学奖获得者利昂·莱德曼曾著有粒子物理方面的科普书籍《上帝粒子：如果宇宙是答案，那么问题是什么？》，后来媒体也沿用了这一称呼，常常将希子称作是“上帝粒子”（TheGodParticle）。

早在100年前，开尔文爵士就说物理没有什么可以研究的了，在物理学的上空只剩下两朵乌云了。分别是迈克尔逊莫雷实验和黑体辐射与"紫外灾难"。

一直到今天，希格斯玻色子被发现，走了近100年，我们才发现，物理学大门还没有完全打开。

希格斯粒子被发现，足以证明人类是多么了不起的生灵。但大家通过上面的内容，已经知道了，关于希格斯机制，关于强，弱，电三种力统一的根本性问题，我们还不知道。还有引力也还孤立在这个规范场论之外。

所以引力波和希格斯玻色子的发现，绝对称的上是划时代的发现。对于我们探索宇宙的本质有极大的帮助。

希格斯玻色子对于标准模型是如此的重要的原因是它的存在证明了希格斯力场(一个散布在宇宙中的隐形力场，以其质量影响其他物质)的存在。

它是物理学基本粒子“标准模型”理论中最后一种未被发现的基本粒子，其自旋为零，其他粒子在希格斯玻色子作用下产生质量，为宇宙形成奠定基础。我以为这才是它为何被称为上帝粒子的原因！

而涉及到质量，我们必然会考虑引力。也就是希格斯场与引力已经有什么关系。非常值得思考和期待。

用屈原的话，来结束本章的介绍：“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。”

摘自独立学者，诗人，作家，国学起名师灵遁者量子力学书籍《见微知著》

夸克能干什么

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夸克是怎么被发现的

科学家从来没有“发现”或观察到“单独的夸克”，只是在研究“质子的结构”时，认为“应该有夸克存在”，所以才产生了“夸克”这个“概念”。

首先，科学家确认，质子是“有内部结构”的，因为观察到了质子“存在着激发态”，其“第一激发态”的能量为200MeV。根据对原子和原子核的研究可知，存在着激发态，就表明“系统内部”有结构，也就是说，质子是由“更小的粒子”组成。而与此相对应的是，自由电子从来没有被观察到“存在激发态”，所以现在科学家认为，电子是“基本粒子”，没有“内部结构”。

其次，科学家使用了“探针”来探索质子的“内部结构”，“探针”就是“更小的粒子”——电子和中微子。将高能电子“射向”质子，可以发生“散射”，类似于卢瑟福将α粒子轰击金箔一样，电子轰击质子，可以得到“散射数据”。对散射实验结果的分析，发现如果假定质子中“存在三个散射中心”，就可以很好的解释“散射实验数据”。所以假设了“质子是由三个更小的粒子组成”，而这种“粒子”，就叫做“夸克”。

当然还有其他的一些实验，包括“中微子在质子上的散射”实验，发现也存在着“三个散射中心”（就是假定有三个散射中心，实验数据解释的最好）。再结合对于中子性质的研究，就假定了“存在着两种夸克”，质子和中子是由这两种夸克组成，还能够解释为何质子带正电而中子不带电。

但试图将质子“打碎”而释放出夸克的任何努力，包括极大的提高了“碰撞能量”，都得不到“单独的夸克”，而是产生了许多“新粒子”（大多数粒子的寿命极短）。这样，就产生了所谓的“夸克色幽禁理论”，认为“单色的夸克”是不能“自由的”，必须组成“白色的粒子”（红蓝绿组成白色）才能被观察到。

而随着碰撞能量越来越高，产生的“新粒子”也越来越重，于是，“两种夸克”就无法解释了，需要增加夸克种类，目前一直增加到六种夸克，类似于托勒密的“均轮”。

这就是关于夸克的基本事实。所以，如果有人说“发现了夸克”，那就是胡说八道。