文档介绍：希格斯玻色子
引言:粒子物理标准模型被认为是20世纪物理学最成功的模型之一,是人们理解物质世界微观结构及其相互作用的集大成之作。希格斯机制(Higgs mechanism)使得基本粒子获得质量,同时预言了希格斯玻色子(Higgs Boson)的存在。欧洲大型强子对撞机在2012 年的实验中发现了疑似标准模型的希格斯粒子。2013年 10 月 8 日,瑞典皇家科学院公布,来自比利时布鲁塞尔自由大学的弗朗索瓦·恩格勒(Francois En-glert)和英国爱丁堡大学的彼得·希格斯(Peter Higgs)因在理论上预言希格斯玻色子存在共同获得了2013 年诺贝尔物理学奖。同年 12 月 10日,希格斯和恩格勒在斯德哥尔摩荣获诺贝尔奖章,并分享了相当于 775000 英镑的奖金。本文着重介绍彼得·希格斯的生平,希格斯机制的提出过程,希格斯粒子名称的由来以及希格斯粒子的发现等。
关键词:希格斯机制希格斯粒子标准模型电弱对称性自发破缺机制
正文:
一:发现历程
1964 年:彼得·希格斯(Peter Higgs)是明确预测这种粒子存在的第一人。
1964 年 10 月,以他的名字将这种粒子正式命名为希格斯粒子,但其他一些物理学家也认为自己是提出这种产生质量玻色子存在的人。
同年 8 月, 罗伯特·布洛特(Robert Brout ) 和弗朗索瓦·恩格勒特(Fran-cois Englert) 独立地详述了这种质量生成的机制。另一组科学家迪克·哈根(Dick Hagen)、杰拉尔德·古拉尼克(Gerald Guralnik)和汤姆·基布尔(Tom Kibble)也独立提出了类似的推测,并于希格斯之后不久,于同年 11 月公开了他们的理论。
1995 年:即使没有发现希格斯玻色子,我们仍然有希格斯机制存在的证据。因这种机制的存在,导2001 年: 在 LHC 之前,CERN 在大型正负电子对撞机(LEP)于 2000 年关闭之前,花了五年时间寻找 80 GeV 的希格斯粒子,2001 年的最终分析排除了质量在 115GeV 以下的希格斯粒子。
2004 年:在 LEP 关闭和 LHC 开启之间的这段时间内,芝加哥费米实验室是最有可能找到希格斯粒子的地方。 Tevatron 获得了高于 117 GeV 的希格斯粒子的实验数据,最高上限为 251 GeV。
2007 年:LHC 以比以往任何加速器更高的能量粒子碰撞, 所以针对较轻希格斯粒子的实验增加了 Te-vatron 发现希格斯粒子的几率。随着来自 CERN 的压力越来越大,费米实验室将最高上限降低到了 153 GeV。
2008 年: 一亿人观看质子束首次绕 LHC 旋转的情景, 一些人并产生了一种没有根据的恐惧,害怕它有可能造成一个毁灭世界的黑洞
。由于煤气泄露事件导致加速器关闭,CERN 寻找希格斯的努力暂时停止直到次年。
2009 年:由于 LHC 一直要关闭到 11 月,费米实验室的研究人员满怀希望称, 到 2010 年底,他们用 Tevatron 找到希格斯玻色子的机会可达50%。2010 年:物理博客纷传 Tevatron 发现了希格斯粒子存在的迹象,但最终证明只是谣传。
2011 年:4 月, 一项未经审核的 LHC 研究在网上泄露之后, 掀起了新一轮关于希格斯粒子的传闻。 9 月,Tevatron 实验结束,没有找到希格斯粒子。年底,LHC 的 ATLAS 和 CMS 实验项目都发现了约 125 GeV 质量的希格斯粒子。2012 年:2 月,LHC 的碰撞能量从 7 TeV 提高到 8 TeV, 对希格斯粒子的敏感度提高了 30%至40%。 3 月,根据 Tevatron 最后的实验数据,希格斯粒子的质量在 115 与 152 GeV 之间。7 月 4 日:CERN 发布了寻找希格斯粒子的最新消息,成为最近十年里物理学界最受关注的事件。致标准模型作出了一系列成功的预测, 包括发现已知最重粒子顶夸克在内。 1995 年,正如所预见的那样,CERN 在美国芝加哥的竞争对手费米实验室用“万亿伏特粒子加速器”(Tevatron),将带电粒子加速到大约 176 千兆电子伏特(GeV),发现了顶夸克。
二:物理理论
希格斯玻色子是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子。它也是标准模型中最后一种未被发现的粒子。物理学家希格斯提出了希格斯机制。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。2012年7月2日,美国能源部下属的费米国家加速器实验室宣布,该实验室最新数据接近证明被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子的存在。2013年2月4日,该实验室确认上帝粒