希格斯:粒子世界的解惑者
60年前成功預測“上帝粒子”——希格斯玻色子存在的彼得·希格斯,近日在英國安靜離世,享年94歲。
英國愛丁堡大學4月10日發(fā)表的訃告中說,該大學榮譽退休教授希格斯短暫患病后于4月8日在家中去世。愛丁堡大學校長彼得·馬西森說,希格斯的遠見和想象力豐富了我們對世界的認知,他的開創(chuàng)性工作激勵了成千上萬的科學家。
1929年5月29日,希格斯出生于英國英格蘭紐卡斯爾,他曾就讀于布里斯托爾的科瑟姆文法學校,著名的理論物理學家、量子力學奠基人之一保羅·狄拉克是該校校友。1950年,希格斯在倫敦國王學院獲得物理學學位,1954年獲得博士學位。畢業(yè)后,希格斯曾在多個學校輾轉(zhuǎn)教學,最后在愛丁堡大學落腳,擔任教職30多年,1996年在愛丁堡大學退休。
也正是在愛丁堡大學工作期間,希格斯預言了希格斯玻色子的存在。
1964年,希格斯在一篇論文中提出假設,即空間中存在一個由特殊粒子組成的無形能量場,任何穿越這一能量場的粒子,都會受到阻力從而獲得質(zhì)量。這個場遍布宇宙,沒有這個場,所有的粒子都會沒有質(zhì)量。同一年,比利時的弗朗索瓦·恩格勒和羅伯特·布魯特也發(fā)表了包含相似理論的論文。
希格斯等人的理論提出之后,在理論物理學界受到越來越多的關(guān)注和研究。1972年,希格斯所提出的特殊粒子被命名為希格斯玻色子,這種粒子形成的能量場就是希格斯場。
根據(jù)粒子物理學理論,人類所觀測到的所有物質(zhì)都是由基本粒子組成的。原子核中的質(zhì)子和中子不是基本粒子,它們是由基本粒子夸克組成的。根據(jù)粒子物理學標準模型,世界上有6種夸克。標準模型中還提到了其他基本粒子。而希格斯玻色子的假設,解釋的就是這些基本粒子如何獲得質(zhì)量這一根源性問題。
通俗來說,希格斯的假說不僅解釋了極度微觀的世界,也解釋了宇宙起源。在宇宙大爆炸之后,希格斯玻色子給了所有物質(zhì)以質(zhì)量,這些物質(zhì)再組成了星體乃至各種生物。正因如此,美國著名理論物理學家、1988年諾貝爾物理學獎得主利昂·萊德曼1993年將希格斯玻色子稱為“上帝粒子”。
然而,理論假說終歸是假說,如何證明希格斯玻色子的存在成為物理學家們的難題??茖W家們推斷,希格斯玻色子只有在能量極高情況下才能產(chǎn)生,且會在瞬間衰變?yōu)槠渌W?,可以通過觀察衰變后的粒子來尋找希格斯玻色子的蹤跡。
經(jīng)過幾十年的科技發(fā)展,一直到2012年,歐洲核子研究中心利用其大型強子對撞機模擬大爆炸后的情況,才最終證實了希格斯玻色子的存在。這一實驗也證實了其他粒子通過與希格斯場相互作用而獲得質(zhì)量。
希格斯玻色子被證實后的第二年,希格斯與弗朗索瓦·恩格勒共同獲得了諾貝爾物理學獎。希格斯曾說,如果不是他研究的領(lǐng)域有可能獲得諾貝爾獎,那么他可能早就會被大學解雇。他的研究還使他獲得超過12所大學的榮譽博士學位,英國女王也授予他榮譽勛爵稱號。
最近10多年,科學家們?nèi)匀辉诓粩嗤ㄟ^實驗來證實更多希格斯玻色子的特征和粒子物理學理論假說。2023年5月,歐洲核子研究中心的大型強子對撞機實驗觀察到了希格斯玻色子衰變成一個Z玻色子和一個光子的過程。兩個月后,歐洲核子研究中心又得出了迄今為止最精確的希格斯玻色子的質(zhì)量:125.11吉電子伏特。
然而,就像人類對宇宙的了解遠遠不夠一樣,有關(guān)希格斯玻色子的理論仍然有許多疑問待解。希格斯玻色子的相關(guān)研究表明,宇宙并不是特別穩(wěn)定,它目前可能是一個假真空狀態(tài),且隨時可能坍塌為真真空狀態(tài)。但是,宇宙目前基本是穩(wěn)定的,這是否又意味著宇宙中還有其他未知力量?希格斯玻色子和暗物質(zhì)又有什么關(guān)系?
希格斯獲得諾貝爾獎時曾表示,希望他的獲獎能讓人們更加重視那些“看似沒有什么實際價值”的基礎(chǔ)研究。而所有關(guān)于希格斯玻色子和宇宙的疑問,都有待更多像希格斯一樣的基礎(chǔ)研究學者來解答。



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