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希格斯粒子无法解释的“多余”质量从何而来?

2013-10-01  Eosun   |  转藏
   

希格斯粒子无法解释的“多余”质量从何而来?

时间:2013-01-30 09:42 来源:环球科学  

欧洲大型强子对撞机(LHC)提供了希格斯玻色子存在的强有力证据。希格斯粒子解释了其他基本粒子为什么有质量,但无法解释我们周围所见所感的一切质量。

  

 

    每个质子由3个夸克组成,它们解释了质子质量的1%,其余质量均来自夸克和胶子之间的相互作用。

 

    为了理解究竟是什么将可见物质——从恒星到行星到人,无所不包——结合在一起,你必须知道夸克和胶子如何相互作用。这是夸克物质物理学的本质,也是2012年8月12日至18日在华盛顿召开的夸克物质国际会议的核心议题。

    “可见宇宙中有一部分质量希格斯粒子无法解释,我们正在研究这部分质量中的99%。”彼得?斯坦伯格(Peter Steinberg)称。他是美国能源部布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)的一名物理学家,也是夸克物质会议的积极参与者。

    他进一步解释说,可见物质是指一切由原子组成的物质,原子的质量主要来自组成原子核的质子和中子,绕核运动的电子对其质量几乎没有什么贡献。但是,质子和中子各由3个夸克组成,其质量大大超过组成他们的夸克的质量总和。那么,“其余”的质量从何而来?

    物理学家认为,答案在于,夸克如何通过交换胶子和胶子间的相互作用来发生相互作用。胶子是一种无质量的粒子,它通过自然界中最强的力——强核力——将夸克束缚在一起。这种力具有某种特殊的性质,如果你试图将亚原子粒子夸克拉开,这种力会越变越强。为了了解这种力的特征,物理学家将原子核(又称重离子)加速至接近光速,使得胶子占主导地位,然后牵引它们在粒子加速器(如布鲁克海文国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)和欧洲的大型强子对撞机(LHC))中迎头相撞。这些对撞机能创造早期宇宙的环境,那时夸克尚未结合形成质子和中子。研究这种原始的夸克-胶子等离子体重的“自由”夸克和胶子的行为,有助于科学家更好地了解强核力,以及当这些粒子结合形成普通物质时,大量“多余”的质量是如何产生的。

    因此,即使可见物质只占整个宇宙的很小一部分——仅仅5%,余下的均由暗物质和神秘的暗能量组成,对它的研究也足以让像斯坦伯格(Steinberg)这样的物理学家忙活好一阵子了。

(环球科学  邱晓琰)

原文链接:
 

希格斯场理论或隐藏五种以上的“上帝粒子”

时间:2013-04-15 16:57 来源:腾讯科学        

物理学家认为当前的粒子理论还预言了五种甚至更多的不同质量希格斯玻色子,2015年LHC重启后将继续寻找“隐藏的上帝粒子”。

  

 



超环面仪器内部探测器的跃迁辐射跟踪器图像,其可识别并跟踪带电粒子
 
    位于日内瓦边境的大型强子对撞机已经发现了希格斯玻色子的信号,但是其质量区间却与宇宙的命运息息相关,最新的研究结果显示,我们的宇宙可能将面临死亡的命运。希格斯玻色子的发现事件是真实的,紧凑μ子线圈的数据显示质量为125.3 GeV,超环面仪器(ATLAS)探测到的质量为126.0 GeV,面对这一结果,物理学家们十分谨慎地进行验证其是否为希格斯玻色子。
    到目前为止,希格斯玻色子被认为可解答基本粒子如何具有质量之谜,是标准模型预言的最后一种粒子,在4月份举行的美国物理协会会议上,物理学家认为不排除未来可能会发现其他希格斯玻色子。根据麻省理工学院物理学家马库斯·克卢特介绍:“事实上希格斯场是一种更加复杂的理论模型,这些理论预言了五种甚至更多的希格斯玻色子,它们的质量并不相同。”
    今年3月,物理学家证实了希格斯玻色子的存在,其质量大约是126倍质子质量,符合标准模型的预测,而标准模型在粒子物理学中居于主导地位,描述了强、弱力与电磁力三种基本力的粒子理论。在标准模型中,希格斯玻色子与希格斯场存在关联,根据标准模型预测,希格斯场存在于宇宙空间中,一种基本粒子都会对应着与之相适应的量子场,而希格斯玻色子对应的量子场就是希格斯场。
    由于希格斯场的存在,原本没有质量的基本粒子可以从中获得能量,由这些能量再转换为质量,因此粒子通过遍布宇宙中的希格斯场时就像穿过“海洋”,使粒子受到“阻力作用”,这就是物理学家所寻找的万物质量之谜。到了2015年,升级后的大型强子对撞机将获得更多的能量,科学家将寻找不同质量的希格斯玻色子。斯坦福大学物理学家迈克尔·佩斯金认为我们将继续这场寻找万物质量之源的游戏,这或者仅仅是个开始。
 
 

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