“希格斯”的玻色子在量子真空中传播的现象

【专家解说】：希格斯玻色子(或称希格斯粒子、希格斯子、上帝粒子)是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子，至今尚未在实验中观察到。它也是标准模型中最后一种未被发现的粒子。英国物理学家希格斯(P.W.Higgs)提出了希格斯机制。在此机制中，希格斯场引起自发对称性破缺，并将质量赋予规范传播子和费米子。希格斯粒子是希格斯场的场量子化激发，它通过自相互作用而获得质量。说明在标准模型的预测了希格斯利子是具有质量的基本粒子。目前，没有其他已知的基本量粒子的性质。希格斯粒子是唯一在标准模型所预测的粒子中还没有被观测到的。观测希格斯粒子的实验预期将可以帮助解释宇宙万物的质量。希格斯粒子预期将是和无质量光子(用来传递电磁作用力)、有质量的W和Z玻色子(用来传递弱作用力)。如果希格斯粒子存在，它是一个完整的和普遍的组成部分物质世界。在欧洲核能研究中心的强子对撞机，在2009年12月20日正式启用，被预期将可以提出实验证实希格斯粒子是否存在。另一方面，费米实验室也企图做实验去找到希格斯粒子，即使局限在费米实验室中的电子加速器的低能量。据报道，费米实验中的物理学家指出费米实验室可以找到希格斯粒子的机率大约为50%到96%，取决于希格斯粒子的质量。希格斯机制，给了向量玻色子质量，是由Fran??ois Englert 和 Robert Brout在1964年所建立的理论。同年十月Peter Higgs由Philip Anderson得到灵感;而且与Gerald Guralnik, C. R. Hagen, and Tom Kibble在1963年的春天所计算出的结果无关。这三篇关于此探讨的论文分别由Guralnik、Hagen、 Kibble、 Higgs、 Brout 和 Englert所撰写，被公认为Physical Review Letters 50周年庆祝的里程碑。虽然这三篇有名的论文做了类似的研究，但其贡献与之间的不同在1964 PRL Symmetry Breaking的论文中是值得注意的。这六个科学家对于理论粒子物理学的贡献因此荣获2010樱井奖。Steven Weinberg, Abdus Salam, 首先利用希格斯机制在电弱对称性缺陷。电弱理论预测了中性粒子的质量与W和Z玻色子有关。 希格斯粒子是理论的希格斯场中的量子成分。在真空中，希格斯粒子波函数的振幅不为零，也就是说，在真空中希格斯粒子有非零的期望值。在真空中非零期望值的存在扮演了一个基本的角色;它让所有基本粒子拥有质量，包含了希格斯粒子本身。特别的是，在得到了真空中具有非零期望值的结果，就自然的打破了电弱规范对称，这是科学家经常提到的希格斯机制。这是最简单的机制可以给定规范玻色子质量同时保持遵守规范理论。在本质上，这个场就像一池黏黏的蜜糖，除了非质量的基本粒子，通过此场的时候，会将粒子转变成带有质量的粒子，就像是原子的成分。在标准模型中，希格斯粒子包含了两个中性与两个带电成分的区域。两个带电和一个中性区域皆是Goldstone玻色子，是纵向三极化分量带质量的W+、 W–和 Z 玻色子。维持中性成分的量子对应到具有质量的希格斯粒子。既然希格斯场是一个标量场，希格斯粒子子没有自旋，也就没有内在的角动量。标准模型没有预测希格斯玻色子的质量。如果质量在115和180 GeV/c2之间，则标准模型的能量等级可以有效直到普朗克尺度(1016 TeV)。许多理论学家预测新的物理学会建构在标准模型之上能量在TeV的尺度，基于不足的标准模型性质。希格斯粒子(或其他的电弱对称机制)可能的最大质量是1.4 TeV;除了这一点，标准模型变的不相容，因为统一性违反了一些散射的过程。许多超对称性的模型预测出最轻的希格斯粒子的质量比现在实验在高一点，大约120 GeV或者更低。Supersymmetric extensions of the Standard Model (SUSY)预测了整个希格斯粒子族群的存在。而不是单单一个希格斯粒子。其中在SUSY模型，在Minimal Supersymmetric extension (MSSM)中，希格斯机制产生了最小数目的希格斯粒子。