希格斯粒子「變形記」展現了新物理學前景

堪薩斯大學的科學家加入了對希格斯粒子性質研究的計劃，他們為希格斯粒子「新物理學」注入了一股活力，為人們了解宇宙如何運行的「人類理解」問題播下了光明的火種，新一期的《自然》雜誌的物理欄目刊載了堪薩斯大學的研究成果，他們展示了希格斯粒子存在的更多證據。希格斯粒子是一種粒子物理學的基本粒子，1964年，英國科學家希格斯提出了「希格斯粒子」的理論假說，2012年，科學家通過實驗初步發現了長期尋求的希格斯粒子，它的基本功能是賦予其它基本粒子以質量，如果基本粒子沒有質量，那麼我們可觀測的宇宙不可能在引力作用下形成。

費爾米實驗室的助理研究員科廷諾·卡茨在堪薩斯州立大學物理系任教，卡茨解釋說，自然界存在兩種類型的基本粒子，一種是費米子，另一種是玻色子，費米子、夸克和輕子構成了人們周圍物質世界基本類型的粒子，玻色子的功能在於協調基本粒子的相互作用，希格斯粒子被稱之為稱希格斯玻色子。從2011年到2012年，研究人員收集了充足的數據，其中的一部分數據證實了希格斯玻色子的存在，科學家在數據分析中發現了希格斯粒子衰變的證據，希格斯波色子通過衰變過程變成了費米子。1964年，科學家預測了希格斯玻色子的衰變性質，他們一直沒有發現希格斯波色子衰變的證據，直到2012年，科學家通過大型強子對撞機的實驗證實了希格斯粒子的存在。

物理實驗是檢驗希格斯玻色子理論假說的關鍵，在實驗觀測基礎上獲得堅實的數據，科學家才能拓展廣泛的知識體系。真正了解希格斯粒子性質的意義何在？它幫助人們理解宇宙運行的原理。物理學家卡茨的解釋說，希格斯玻色子對基本粒子的質量承擔使命，基本粒子通過希格斯場獲得質量，它們本身不具有質量，比如：電子通過與希格斯波色子的相互作用獲得質量，電子本身沒有質量，電子獲得了一點質量，它在原子核周圍形成了穩定的運動軌跡，在電子和原子核之間電磁力的作用下，中性、或不帶電的物質得以形成，地球和我們的身體由中性的物質形成。基本粒子質量如果發生了極輕微的變化，那麼我們周圍的世界，整個的宇宙將發生「翻天覆地」的劇烈變化，我們的宇宙將會呈現另一番景象，我們的文明世界在與不在？只是宇宙劇烈變化的小小插曲，哲學家失去了討論存在主義的「在場和不在場」的機會。希格斯玻色子在基本粒子獲得質量、相互連接、在宇宙形成物質的過程中扮演了主要角色。

為了和其他科學家開展共同合作，卡茨組成了一個大科學團隊，他們研究了希格斯玻色子的衰減性質，它如何衰變為一對τ介子（陶介子）、輕子和費米子，費米子的質量相當於電子。另外一個團隊研究了希格斯玻色子如何衰變為一對重的費米子，物理學家將它們稱之為美夸克。兩種希格斯玻色子的衰減信號得到了很高確認性，科學家在《自然》雜誌發表的成果展示了希格斯玻色子直接衰變的證據，125Gev質量的希格斯粒子衰變成了費米子。卡茨和堪薩斯州立大學物理學系的研究人員深入到了歐洲原子能機構（CERM）的研究項目，他們使用了實驗室的螺旋型磁譜儀探測器、或緊湊型的μ子（渺子）螺線管探測器，它是歐洲大型強子對撞機的兩個粒子探測器之一，對撞機實驗室幫助歐洲原子能機構的科學家尋找到希格斯玻色子存在的證據。

希格斯玻色子在粒子物理學標準模型中是最後一個得到證實的基本粒子，粒子物理標準模型是一種相對低能物理的理論體系，它在最小長度尺度上解釋了我們的宇宙如何運行。歐洲大型強子對撞機在升級後獲得了幾乎雙倍的運行能量，在更大的能級範圍產生希格斯玻色子，科學家在新的觀測數據基礎上努力尋求一種解釋宇宙神秘現象的新途徑。目前的物理學標準模型不能有效解釋自然的一些難以解開的謎題，在新物理學的探索中可能建立新的理論模型，標準模型以外的其它理論模型可能解釋諸如：暗物質和暗能量現象。大型探測儀器的升級和更新為其它理性模型的創建創造了物理條件。科學是在探索過程中不斷進步，我們以科學1、0版本、2、0版本等形容新一代的理論模型。對希格斯粒子的發現不意味著科學故事的結束，這是科學好故事的開始，科學新視野將指向了一個新的地平線，新的科學成果將會幫助人們更好地理解物理世界的運行法則。

（編譯：2014-7-2）

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