在規(guī)范場理論中,有一個基本假設,那就是傳遞力的玻色子沒有質量,乍一看還真是這么回事,傳遞電磁力的光子就沒有質量,傳遞強相互作用力的膠子也沒有質量,可不是還有一種弱相互作用力嗎?要是 傳遞弱相互作用力的玻色子也沒有質量,就一切完美了。
可問題偏偏就出現(xiàn)在這里,傳遞弱相互作用的玻色子是W+/W-和Z0,這三種粒子偏偏具有質量,而且質量還不小,這肯定是規(guī)范場理論出了問題。
一般情況下,理論出了問題的方法兩個,一個直接是廢了這種理論,提出新理論,還有一種方法就是修補一下理論。對于物理學家來說,當然是廢除理論創(chuàng)建新理論最好了,當年牛頓愛因斯坦都是這么干的,尤其是愛因斯坦,相對論橫空出世,干掉了爵爺,開拓了人類的視野不說,還直接和爵爺平起平坐了,不過這條路有點難,首先得是愛因斯坦這種天才,要是功力不足可是玩不轉的,這就好像屠龍刀一樣,誰都會說一句'武林至尊,寶刀屠龍。'可是要是武功低微的話,那屠龍刀就是催命符了,只有到了張教主手中,那才可以'號令天下,莫敢不從。'
看看龐大繁復的規(guī)范場理論,不管是誰都會膽戰(zhàn)心驚,要想推翻重來,有點太難了。既然推翻不了,那就試試修補吧。
這活才是物理學家最常干的,當初牛頓力學遭受到了危機的時候,洛倫茲就提出來'洛倫茲變換'來修補,雖然沒有成為愛因斯坦一樣劃時代的大神,也足以光耀千秋了。
面對傳遞弱相互作用的W+/W-和Z0這種玻色子,希格斯提出了一種希格斯機制。
不過既然到處都是希格斯場這種水,按理說應該每個粒子都有質量,那么為什么有的粒子沒有質量呢?
還是換個比喻吧。
打個比方,大家都坐在一個餐廳里吃飯,要是走進來一個美眉,是不是都有一種走上去搭訕的沖動呀,別說你不想去呀,那些有了希格斯場,自然就會有希格斯粒子,由于希格斯粒子賦予了萬物質量,這就是上帝般的存在,所以希格斯粒子又叫做上帝粒子。
照咱們前面幾章的說法,發(fā)現(xiàn)一種新粒子就會附贈一個諾貝爾獎,希格斯粒子這么重要,肯定得值一個諾貝爾獎呀。
希格斯1964年提出希格斯粒子后就等著諾貝爾獎,這一等就是半個世紀,因為必須要找到希格斯粒子才可能給諾貝爾獎,否則希格斯粒子就只是一個腦洞,要是憑腦洞就能獲獎的話,我想很多人都可以試一試。
可為什么找到希格斯粒子用了這么長時間呢?首先是需要的能量高,差不多得125GeV,這確實有點太高了,這么高的能量就得需要新的大型強子對撞機,這就是LHC。
LHC由歐洲核子中心建造,LHC是一個國際合作的計劃,由34個國家超過兩千位物理學家所屬的大學與實驗室所共同出資合作興建的,位于法國和瑞士邊境。項目包括了一個圓周為27公里的圓形隧道,隧道本身直徑3米,位于地下50—150米,光挖這么一個隧道就已經(jīng)是已經(jīng)是浩大的工程了,何況還有加速器、超導磁鐵以及配套壓縮機通風設備和控制系統(tǒng)。
LHC從1994年開始建造,直到2008年才完工,能量可以達到7TeV,按理說這么高的能量早就超過了希格斯粒子需要的能量,一開始試驗就應該找到啊,可怎么又等了四年呢?
這事說起來簡單,做起來很難,因為希格斯粒子存在的時間非常短,大約只有1.56×10^22秒,這個時間太短了,根本就不可能觀察到,要想觀察到希格斯粒子只能靠分析它的衰變產(chǎn)物,而希格斯粒子的衰變過程又和其它衰變過程非常類似,要想找到希格斯粒子無異于大海撈針。
不過撈了四年之后,還真撈著了。
2012年6月22日,歐洲核子中心發(fā)布消息聲稱要召開新聞發(fā)布會報告關于希格斯粒子的最新進展,一看就知道,這肯定是找到了希格斯粒子存在的證據(jù),要是找不到誰還開新聞發(fā)布會說一下呀。
經(jīng)過半年多的核實,2013年3月14日,歐洲核子中心宣布先前找到的確實是希格斯粒子,這一年,希格斯也等來了他的諾貝爾獎。
看起來希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)給標準模型畫上了一個圓滿的句號,可是事情并沒有結束,因為現(xiàn)在還沒有發(fā)現(xiàn)引力子,就是說,標準模型還不能把引力包含進去,這不能不說是一個大缺憾,而且標準模型居然有61種粒子,這看起來怎么也不像一種基本理論,基本理論就應該牛頓力學一樣就只有一種力,或者麥克斯韋方程一樣除了電就是磁,而且電和磁還可以統(tǒng)一,象相對論一樣也可以,這61種算怎么回事。
看起來更美的理論還是有的,那就是超弦理論,超弦理論里根本就沒有粒子,詮釋一根根的弦,這說起來有點太抽象了,還是用劉慈欣先說《球形閃電》中丁儀的眼來看一下吧。
'那根弦隱隱綽綽地出現(xiàn),與空泡一樣,它是透明的,借靠著對光的折射來顯性,如果處于靜止狀態(tài),憑肉眼根本不可能看到,但弦卻在空中不停地彎曲扭動著,這是一種奇怪的舞蹈,變幻莫測且充滿狂放的活力。'
既然超弦理論這么美妙,為什么還沒有取代標準模型呢?因為它只是一種數(shù)學理論,目前不能做實驗驗證,而要是不能實驗驗證的話,那就只能是猜想。
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