發現希格斯玻設置的物理裝置是什麼

A. 為了希格斯玻色子，物理學家們用這些粒子對撞機來超越LHC

如果粒子物理學家得到它們，新的加速器有一天可能會仔細檢查物理學中最誘人的亞原子粒子希格斯玻色子。在大型強子對撞機上被發現六年後，科學家們正在計劃建造在歐洲日本或中國延伸數十公里的大型新機器。2012年發現的希格斯玻色子，這揭示了質量的起源，對於目前世界上最大的加速器LHC而言，這是一項具有里程碑意義的成就。現在，物理學家希望深入研究希格斯玻色子的奧秘，希望它能夠解決粒子物理學中揮之不去的難題。"希格斯是一個非常特殊的粒子，"北京高能物理研究所所長物理學家王一芳說。"我們相信希格斯是通向未來的窗口。"但是那個加速器非常適合發現希格斯，但不適合詳細研究它。

因此，粒子物理學家們正在呼喚一種新的粒子對撞機，專門設計用於驅動大量希格斯玻色子的物體。已經提出了幾個強大的新機器的藍圖，研究人員希望這些"希格斯工廠"可以幫助揭示標准模型中明顯弱點的解決方案。 "標准模型不是一個完整的宇宙理論，"特拉維夫大學的實驗粒子物理學家Halina Abramowicz說。例如，該理論無法解釋暗物質，這是一種不明物質，其質量是解釋宇宙觀測所必需的，例如星系中恆星的運動。它也不能解釋為什麼宇宙是由物質組成的，而反物質則非常罕見。 新碰撞的支持者聲稱，仔細審查希格斯玻色子可能會指出科學家們正朝著解決這些謎題的方向發展。但是，在科學家中，對新的，昂貴的加速器的需求並不普遍，特別是因為不清楚機器究竟會找到什麼。

最接近的是日本北部的國際直線對撞機。與大型強子對撞機（其中的粒子圍繞環形運動）不同，ILC將沿著直線加速兩束粒子，在20公里長度上直接相互加速。而不是將質子撞在一起，它會碰撞電子和他們的反物質夥伴，正電子。但是，在一個不好的跡象中，日本科學理事會的一個多學科委員會在2018年12月的一份報告中反對該項目，敦促政府對其表示謹慎的支持，並質疑預期的科學成就是否證明加速器的成本合理，目前估計大約50億美元。支持者認為，國際法委員會計劃粉碎電子和正電子而不是質子，這有一些很大的優勢。電子和正電子是基本粒子，意味著它們沒有較小的成分，而質子由稱為誇克的較小粒子組成。這意味著質子碰撞更加混亂，更多無用的粒子碎片會被篩選出來。

THIN LINE 計劃在日本推出的加速器，國際直線對撞機（圖示設計），將電子和正電子聚攏在一起，以更好地了解希格斯玻色子。REY HORI。

此外，在質子碎片中，每個質子的能量中只有一小部分實際上會進入碰撞，而在電子 - 正電子碰撞器中，粒子會使加速器的能量承受全部沖擊。這意味著科學家可以調整碰撞的能量，以最大化產生的希格斯玻色子的數量。同時，與LHC的13萬億電子伏特相比，ILC僅需要2500億電子伏特來產生希格斯玻色子。

對於ILC來說，"出現的數據質量會更高，希格斯的數據會更多，"日內瓦歐洲核子研究中心的粒子物理學家Lyn Evans說。每100次ILC碰撞中就有一次沖出希格斯，而在大型強子對撞機的100億次碰撞中只發生一次。預計日本政府將在3月份決定對撞機。埃文斯說，如果ILC得到批准，那麼建設需要12年時間。加速器也可以稍後升級，以增加它可以達到的能量。CERN計劃推出一款名為Compact Linear Collider的類似機器。它也會碰撞電子和正電子，但能量比ILC高。它的能量將從3800億電子伏特開始，並在一系列升級中增加到3萬億電子伏特。但是為了達到更高的能量，需要開發新的粒子加速技術，這意味著CLIC在未來比ILC更進一步，埃文斯說，他領導了兩個項目研究人員的合作。

歐洲核子研究中心的科學家正在計劃一種可能會使大型強子對撞機蒙上陰影的粒子對撞機。未來的圓形對撞機將在100公里左右。

在中國和歐洲，另外兩個計劃中的碰撞器將像大型強子對撞機一樣是環形，但是它會使已經巨大的機器相形見絀； 兩者都在100公里左右。根據11月正式發布並由王和高能物理研究所倡導的概念性計劃，圓形電子正電子對撞機（CEPC）在中國尚未確定位置，將電子和正電子以2400億電子伏特碰撞。之後可以升級加速器以更高的能量碰撞質子。科學家表示他們可以在2022年之前開始建造價值50億至60億美元的機器，並准備在2030年之前完成。在歐洲核子研究中心，擬議的未來圓形對撞機（FCC）也將分階段運行，在碰撞質子之前碰撞電子和正電子。根據國際研究小組1月15日發布的報告，最終目標是達到100萬億電子伏特的質子碰撞，是LHC能量的7倍多。與此同時，科學家已將LHC關閉了兩年，同時他們將機器升級為稍高的能量。另外，在2026年，稱為High-Luminosity LHC的加強型版本將上線，並將質子碰撞率提高至少五倍。

大型強子對撞機建成後，科學家們相信他們會找到希格斯玻色子。但是對於新的設施，沒有新粒子的承諾。相反，這些機器的目的是記錄希格斯與其他已知粒子的相互作用程度； 在物理學家的術語中，這些被稱為"耦合"。 希格斯耦合的測量可以簡單地確認標准模型的期望。但如果觀察結果與預期不同，那麼差異可能會間接暗示某些新事物的存在 ，例如構成暗物質的粒子。一些科學家希望可能出現意想不到的事情。那是因為希格斯是一個謎，粒子凝結成一種類似糖蜜的液體。"為什麼這種液體能做到這一點？我們毫不知道，"斯坦福大學的理論粒子物理學家Michael Peskin說。

這種液體彌漫在宇宙中，減緩了顆粒的速度，使它們變得重要。 另一個難題是，希格斯的質量比預期的小十億倍。標准模型中的某些數字必須經過精細調整，以達到極高的精度，使希格斯更加沉重，這是物理學家發現不自然的情況 。希格斯的怪異暗示其他粒子可能在那裡。科學家以前認為他們通過一種稱為超對稱的理論得到了希格斯窘境的答案， 該理論認為每個已知的粒子都有一個較重的夥伴 。"在LHC開始之前，人們抱有很大的期望，"Abramowicz說道：一些科學家聲稱大型強子對撞機會迅速找到超對稱粒子。"嗯，它沒有發生，"她說。即將到來的對手可能會發現超對稱的證據，或暗示新的粒子，但這一次，科學家們沒有做出承諾。

阿姆斯特丹自由大學的理論粒子物理學家胡安·羅霍說："過去，有些人的預期已經明顯超出了LHC能力范圍。" 當談到任何新的碰撞者時，"如果我們想在未來幾十年保持我們的領域領先，我們應該避免犯同樣的錯誤，"他說。世界各地的研究人員現在正在考慮優先事項，為新的碰撞器和其他粒子物理實驗提出論據。例如，歐洲物理學家將於5月召開會議討論各種方案，努力制定一份名為" 歐洲粒子物理戰略更新"的文件，以指導2020年及以後的研究。有一點是肯定的：擬議的加速器將 探索 未知領域，結果不可預測。Peskin說，圍繞希格斯玻色子的未解答的問題使其成為尋找新物理暗示的最明顯的地方。"這是我們還沒有看過的地方，所以它真的很引人注目。"

B. 歐洲核子研究組織精確測量希格斯玻色子的質量

據外媒New Atlas報道，歐洲核子研究組織（CERN）2012年宣布的希格斯玻色子發現被認為是十年來最大的科學發現之一。此後幾年中，科學家一直在仔細地測量它的性質， 現在歐洲核子研究組織團隊已經對它的質量進行了最精確的測量。

希格斯玻色子是一種非常重要的粒子-它是由粒子物理學標准模型預測的最後的基本粒子。該玻色子代表希格斯場（Higgs field），它均勻地遍布整個宇宙。誇克和輕子等其他基本粒子通過與希格斯場相互作用來增加質量。

該假說最早是在20世紀60年代提出的，但是直到2012年才直接發現希格斯玻色子，最終證實了這一機理。這為最初提出該想法的科學家贏得了2013年諾貝爾物理學獎。

首次檢測到希格斯玻色子的質量時，研究團隊測得的質量約為125-126GeV。現在，該數字已進一步完善，不確定性在0.1％以內。根據該團隊的說法，希格斯玻色子的質量為125.35 GeV。

這一新結果是基於2011年至2016年在大型強子對撞機上收集到的數據得出的。希格斯玻色子是不穩定的，通常會很快分解為更輕的粒子。在2011年和2012年，CMS檢測器觀測到希格斯玻色子衰減為兩個Z玻色子，然後進一步衰減為四個輕子。在2016年，觀測到它會衰變成兩個光子。研究人員將這些結果結合起來，得出了有史以來最精確的新質量測量值。

雖然研究小組表示新的測量本身不會直接導致新的物理學，但確實增加了希格斯玻色子的困惑和標准模型的局限性。了解質量有助於改進將來對粒子其他性質的測量，以及我們可以期望在即將到來的粒子加速器中找到的質量。該團隊表示，最終它將幫助我們「了解宇宙的長期穩定性」。

調查結果的詳細摘要已在《 CMS Collaboration 》在線發布。

C. 簡述：希格斯玻色子是什麼

為了理解希格斯玻色子，我們一定要先聊聊「希格斯場」。就是這個場，賦予某些基本粒子它們的質量，同時也將自然界四種基本力中的兩種相互分離。

該場的存在最早是在20世紀60年代早期被理論化的，物理學家們考慮了一個假設場的結果，這個假設場解釋了電磁力和弱力是如何分離的，以及為什麼一些攜帶力（或規范）的粒子有質量（如W和Z玻色子），而其他粒子（如光子）沒有質量。

英國物理學家彼得·希格斯（Peter Higgs）是研究這個模型的眾多研究人員之一。而他的名字從此便成為場、場的粒子和場的作用機制的代名詞。

那麼，什麼是希格斯玻色子呢？

和所有的量子場一樣，希格斯場產生了它自己的一種基本粒子：希格斯玻色子。它是一種相對較重的、不帶電的、高度不穩定的玻色子（帶有力的粒子，自旋為零），在分解成各種其他粒子之前，它只存在一瞬間。

2012年，大型強子對撞機（Large Hadron Collider）的兩個探測器就探測到了這種粒子，正式將「希格斯玻色子」納入標准模型（Standard Model），並為希格斯機制提供了強有力的證據。

又是什麼給了粒子質量？

在日常生活中，我們認為質量是運動的阻力。質量大的物體很難移動；一旦它們開始運動，又很難停下來。

為此，阿爾伯特·愛因斯坦的狹義相對論為我們提供了另一種看待質量的方法 —— 它是一個物體能量的表達式。

當一個物體靜止不動時，它的質量等於它的能量除以光速的平方 —— 這就是我們熟悉的公式「E=mc2」的一個變形。 讓物體移動，特別是在接近光速的情況下，它會獲得相當於質量的能量。

原子的大部分質量來自被稱為誇克的高能粒子的激發態，這些粒子在強大的力作用下束縛在原子核內部。誇克本身也有質量。周圍的電子也一樣。由於它們內部沒有激發態，需要某種活動來解釋靜止時等於它們質量的能量。

更重要的是，在20世紀中葉，物理學家發現之前描述規范玻色子的模型與觀測結果不符；像弱力的W玻色子和Z玻色子這樣的短程粒子的質量是整個質子的80倍，而電磁場中影響深遠的光子卻根本沒有質量。

物理學家們迫切地想要找到造成這些重量差異的原因，以及這兩個領域為何如此不同的原因。

希格斯場是如何賦予基本粒子質量的？

在宇宙大爆炸後的極度高溫下，電磁場和弱核力實際上是完全相同的。

隨著宇宙的膨脹和冷卻， 這兩個場將變得截然不同：一個場的玻色子很重，作用在原子核的短距離內，而另一個場的玻色子足夠輕，可以覆蓋廣闊的太空。

世界各地的幾組物理學家對這種分裂（以及質量差異）做出了類似的解釋。 歷史 承認希格斯及其同事François Englert和Robert Brout在1964年提出的建議，該建議基於一種新型的量子場，這種量子場在任何地方都活躍，甚至在整個空白空間。

如果在宇宙的每個角落都有一個非零值的場，將會打破量子力學的基本平衡，而在理論上，這種平衡應該會產生一種已經被實驗排除的粒子。

但希格斯和他的同事證明，如果這個假設場與導致弱力的場聯系在一起，這種從未見過的麻煩粒子將被吞噬，留下一些重量級的W玻色子和Z玻色子，以及一個相對較重、無自旋、不帶電的「希格斯」玻色子（很快就會瓦解）。

可以把希格斯場想像成一家糖果店，玻色子在吃巧克力時不願著急，只會留下一堆短暫的「希格斯包裝紙」。人們很快發現，同樣的過程幾乎適用於任何量子場；希格斯場解釋了一系列其他基本粒子（如誇克和電子）的質量，這些粒子都拒絕被推動，因為它們需要片刻時間來治療自己的甜食嗜好。

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D. ATLAS實驗的主要目標及作用是什麼

ATLAS實驗的主要目標是探索形成我們宇宙的物質的基本特性和基本作用力，包括尋找和研究假想中的希格斯粒子。科學家希望，從加速器內巨大碰撞中出現的粒子里能夠包括一種叫做希格斯的玻色子，因為根據粒子物理的標准模型，正是希格斯導致了質量的產生。ATLAS探測器將用於測量這些碰撞的碎片，用以尋找希格斯玻色子和超對稱粒子等超出了標准模型的新物理現象，科學家希望用該實驗裝置去驗證萬物統一理論。

ATLAS實驗還將探索物質和反物質之間的差異、宇宙「大爆炸」初期產生的誇克—膠子等離子體，以及進一步探討自發對稱破缺和各種粒子質量的來源，探索新的規范玻色子，研究新發現的頂誇克及相應層次粒子的各種特性等。

E. 希格斯玻色子

        早在1960年代，英國科學家彼得·希格斯就從理論上提出「希格斯玻色子」存在的可能性。但是，在實驗中真正確認該粒子的存在， 則一直要等到2013年。

        2010年，義大利物理學家托馬索·多里戈宣稱，美國費米實驗室的萬億電子伏加速器（Tevatron）可能已經發現了希格斯玻色子。但當時的發現僅限於3倍標准差，因此沒有在科學界獲得認可。

        直到2013年，歐洲核子研究組織確認發現希格斯玻色子時，其發現的可靠性達到了5倍標准差。因此這些物理學家們才敢向世界大方宣布，我們終於證實了「上帝粒子」的存在。

        為什麼2倍標准差和5倍標准差相差很大？原因在於，科學家們為了尋求某一種發現，他們可能會試上成千上萬次實驗。以希格斯玻色子為例，理論上該粒子僅會在每100億次碰撞中產生一次。因此為了證實希格斯玻色子的存在，物理學家們設計的粒子對撞機需要重復上千萬億次數級別的碰撞。

        在任何實驗中，都有運氣的成分，因此也可能會導致虛假的發現。重復實驗的次數越多，偶然碰到假象的概率也越高。這就是為什麼物理學家們需要把檢驗標准提高到5倍標准差，確保該實驗結果在統計學上能夠過關的原因所在。

        「5倍標准差」規則，背後有非常強的邏輯性。但是這個規則，並沒有被金融研究行業採納。目前絕大部分的金融量化研究，都還是以「2倍標准差」作為接受實驗結果的標准。這就導致很多金融研究得出的結論並不一定經得起推敲。

F. 希格斯玻色子的發現意味著什麼呢

這是否意味著希格斯機制背後存在著一幅物理圖?

然而，一旦知道了基礎(包括根)，您就可以使用數學推導重新爬上樹，但這次是在右邊的樹枝上，這將帶您一路。這就是戈登的萬有理論所做的，它提供了一個新的基礎，由未知的數學組成，讓我們了解我們所了解和喜愛的樹的底部的物理。然後它通過包含所有缺失的成分(暗能量)來完成模型，並允許適當的推導向上移動到正確的分支上。

希望不久之後，物理學家就會從噩夢中醒來(也許會從知識之樹上掉下來，摔下來的時候有幾個蘋果砸到樹上——哈哈!)，然後迎接戈登的萬物理論所代表的新的一天!他們可以在這里和能量等級嘗到一點甜頭。暗能量在引力中的作用

G. 希格斯玻色子的定義是怎麼發現的

希格斯玻色子是物理學標准模型當中最後一個待發現的粒子。標准模型是我們當前人類對自然界的一個基本物理理論。它告訴我們自然界
4
種力中的
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個：電磁力、強力和弱力是如何發揮和實現作用的。總而言之，
希格斯玻色子本身有三個極其重要的理論意義
：一是它是
標准模型中的最後一個待發現的粒子
；二是它
給楊振寧－米爾斯規范場理論中傳遞弱相互作用的粒子賦予了質量
；此外呢，實際上，
希格斯玻色子給幾乎所有的基本粒子以質量，除了傳遞電磁相互作用的光子和傳遞強相互作用的膠子
。另外一個重要的理論意義，是對未來宇宙早期演化的研究具有重要的推動作用。也就是說，希格斯玻色子的研究不僅能促進我們對微觀世界的理解，也能促進我們對宇觀尺度的理解。這也是基礎物理學里一個很有趣的現象——極小尺度的現象與極大尺度的現象具有一些微妙的連接。比如說，早期宇宙某個時段的能量標度和我們現在加速器上微觀粒子的能量標度是接近的（註：現在的宇宙由於自身膨脹、能量衰減，其能標已經很低了）。這次發現的新粒子的質量是氫原子核的
133
倍，如果證實是希格斯玻色子，這也是宇宙學進一步開展研究的重要的能量標度。

H. 被稱為「上帝粒子」的希格斯玻色子，究竟是什麼東西

2012年7月，物理學領域有了一個重大的發現，物理學家們終於解開了困擾他們40多年的謎團。當每個人都興奮地握手慶祝時，一個老人哭了，這個人就是彼得•希格斯。他對一個新的基本粒子的預測，即標准物理模型中對基本粒子家族的必要補充，最終被證明是正確的。

希格斯玻色子的發現尤其令人期待，因為它被吹捧為「上帝粒子」。但是為什麼它有這么一個聳人聽聞的昵稱呢？

二十年過去了，物理學家們仍然一無所知。1993年，美國物理學家Leon Lederman和Dick Teresi寫了一篇文章《上帝粒子：如果宇宙是答案，那問題是什麼？》。有趣的是，最初的標題是《這令人討厭的粒子》（The Goddamn Particle），反映了物理學家在近20年裡無法找到它的巨大挫敗感。然而，出版商不同意，之後作者把單詞刪減成「上帝」。結果這個名字就粘在上面了。就像一個有責任心的寄生蟲，似乎不會很快離開。

誤釋被曲解了，陰謀也隨之而來。2005年大型強子對撞機（LHC）開始開發時，撲朔迷離的陰謀正四處流傳。一些人認為物理學家打開了通往地獄的大門。

物理學家通過研究在高速粒子碰撞中分散的碎片，發現了新的、更小的基本粒子。這類似於通過檢查電視機從建築物頂部扔下來摔成的碎片來研究其內部結構。2012年，人類有史以來建造的最強大的粒子加速器LHC，以接近光速的速度碰撞質子，最終發現了長久以來尋找的希格斯玻色子，原來它隱藏在內部。

希格斯場的發現僅僅是個開始。我們推測，這個場的許多「版本」最終將不僅僅是對稱建立，而是所謂的超對稱，它是一個擴展的標准模型，有望填補剩餘的空白。這也包括暗物質的構成，暗物質目前似乎比希格斯場更難以理解。

不管是不是上帝粒子，這個發現是開創性的，也許是我們短暫歷史上最重要的發現之一。我們的祖先帶著棍子出發，但最重要的是，帶著好奇心，沿著潮濕的礫石，追蹤水斑找到溪流，爬過一個個懸崖，跟著溪流發現池塘，我們現在已經艱難地追蹤到這四大河流。

在這段時間里，我們已經鍛造了一些工具，正如英國科幻作家Arthur Clarke所說，它們與魔法別無二致。很快，我們就會沿著河流到達最終的「大河」，把我們的木棍固定在它旁邊的地面上，回顧我們史詩般的朝聖之旅。然後我們就可以停止好奇「如何做」，而開始思考「為什麼」。

I. 世界上最大的粒子物理探測器ATLAS具有什麼特點

人類製造的最大科學儀器是什麼。有人會舉出直線粒子加速器、正負電子對撞機、大型強子對撞機等。不過，嚴格地說，它們都屬於組裝儀器，即由許許多多單體的科學儀器和設備組合而成。

迄今人類已製成的最大單體科學儀器應該是歐洲核子研究中心大型強子對撞機中的一個名為「ATLAS」的粒子探測器。

大型強子對撞機是目前世界上在建的體積和功率最大的粒子加速器，隧道長達27km。建成後的對撞機，可以讓兩束質子或像鉛這樣的重離子流按相反方向沿環形隧道運行，每運行一圈粒子都會獲得更多的能量，最後將質子加速到光速的幾分之一，使兩束射線以高達14萬億eV的能量迎頭相撞，用來模擬「大爆炸」發生後的宇宙情形，獲得相當於宇宙「大爆炸」後十億分之一秒內爆發出的巨大能量，用以擊碎基本粒子。在強子對撞機上的4個對撞點安裝有4台實驗用探測器，分別名為ATLAS、CMS、ALICE和LHC-B。每個探測器的體積都很大，其中最大的就是ATLAS，它長46m、高25m、質量約7000噸，相當於一座4層大樓，造價約合4.3億美元。中國科學家參與了ATLAS探測器的建造工作。

該探測器的構造包括測量帶電粒子動能的內徑跡室、測量粒子所帶能量的量能器、識別和測量μ子的μ子譜儀和使帶電粒子彎轉以進行動能測量的磁鐵系統等。能夠對每秒鍾發生數十億次的質子撞擊進行採集和分類。因為每次撞擊都會使釋放的數百顆粒子飛入探測器，撞擊產生的粒子留下的痕跡或釋放的能量將被記錄下來。綜合其能量和動量信息，研究人員可以還原出質子撞擊發生後的情景，推導出哪些粒子是迅速生成的。

ATLAS實驗的主要目標是探索形成我們宇宙的物質的基本特性和基本作用力，包括尋找和研究假想中的希格斯粒子。科學家希望，從加速器內巨大碰撞中出現的粒子里能夠包括一種叫做希格斯的玻色子，因為根據粒子物理的標准模型，正是希格斯導致了質量的產生。ATLAS探測器將用於測量這些碰撞的碎片，用以尋找希格斯玻色子和超對稱粒子等超出了標准模型的新物理現象，科學家希望用該實驗裝置去驗證萬物統一理論。

此外，ATLAS實驗還將探索物質和反物質之間的差異、宇宙「大爆炸」初期產生的誇克—膠子等離子體，以及進一步探討自發對稱破缺和各種粒子質量的來源，探索新的規范玻色子，研究新發現的頂誇克及相應層次粒子的各種特性等。

J. 希格斯玻色子衰變的首次觀測為粒子物理學打開了新的大門

如果你是過去幾年的科學愛好者，你會意識到大型強子對撞機（LHC）將產生令人興奮的結果，2012年，大型強子對撞機發現了希格斯玻色子，亞原子粒子負責為基本亞原子粒子提供質量。

今天，物理學家們還有另一個令人興奮的消息要補充希格斯傳奇：他們首次明確地觀測到希格斯玻色子衰變為一對物質反物質底誇克。令人驚訝的是，希格斯玻色子最常以這種方式衰變。

這一新發現表明理論預測和實驗數據之間有很強的一致性，這反過來又會對更基本的物理學的概念提出嚴格的限制，這些理論試圖解釋希格斯玻色子為什麼存在。「20世紀60年代的夢的KDSPE」領域「KDSPs」，研究者們正在研究電磁力與弱核力之間的聯系，這是導致某些類型的放射性衰變的原因。雖然這兩種力看起來是不同的，但事實證明，它們都是由一種共同的、更基本的力產生的，現在稱為電弱力。

，然而，存在一個問題。這一理論最簡單的體現就是所有的粒子都有零質量。即使在20世紀60年代，物理學家也知道亞原子粒子有質量，所以這可能是一個致命的缺陷。

幾個科學家小組提出了一個解決這個問題的方法：一個場滲透到宇宙中，它被稱為希格斯場。基本的亞原子粒子與這個場相互作用，這個相互作用給了它們質量。（6發現希格斯玻色子的含義）「KdSPE」「KdSPs」的存在也暗示了亞原子粒子的存在，稱為希格斯玻色子，這是由瑞士歐洲原子能研究中心（CERN）實驗室的研究人員在2012發現的。（披露：我是一個研究小組的合作者，這個小組最初的發現和今天的公告都是由我完成的）因為他們對希格斯場的預測，英國物理學家彼得·希格斯和比利時物理學家弗朗索瓦·恩格勒 *** 同獲得2013年諾貝爾物理學獎，

希格斯玻色子是在加速到接近光速的粒子對之間的高能碰撞中產生的。這些玻色子的壽命不是很長，只有10^22秒。以光速運動的一個粒子，其壽命將比原子大小的距離早得多。因此，不可能直接觀測到希格斯玻色子。只有觀察它們的衰變產物並用它們來推斷母玻色子的性質，才有可能。

希格斯玻色子的質量為125千兆電子伏特（GeV），或者比質子重約133倍。根據公認的理論計算，希格斯玻色子衰變成下列粒子對的百分比如下：底誇克（58%）、W玻色子（21%）、Z玻色子（6%）、τ輕子（2.6%）和光子（0.2%）。剩下的部分是更奇特的配置。今天宣布的一個關鍵結果是驗證了底部誇克的預測是正確的。[奇怪的誇克和介子，天哪！2012年物理學家宣布發現希格斯玻色子時，他們依賴於它衰變成Z玻色子、W玻色子和光子，而不是底誇克。原因其實非常簡單：那些特定的衰變更容易識別。在大型強子對撞機可用的碰撞能量下，希格斯玻色子每10億次碰撞中只有一次產生。在大型強子對撞機上，大量的碰撞是通過強核力的相互作用發生的，而強核力是（目前為止）最強大的亞原子力，負責將原子核固定在一起。

的問題是，在涉及強核力的相互作用中，一對物質反物質的產生底誇克真的很常見。因此，由希格斯玻色子衰變為底誇克而產生的底誇克完全被更普通的過程所形成的底誇克對所淹沒。因此，基本上不可能確定底誇克是通過希格斯玻色子衰變產生的那些事件。這就好比試圖在一個裝滿立方氧化鋯的50加侖桶里找到一顆鑽石。

因為很難或不可能分離希格斯玻色子衰變為底誇克的碰撞，科學家需要另一種方法。因此，研究人員尋找了另一類事件——希格斯玻色子與W或Z玻色子同時產生的碰撞。研究人員稱這類碰撞為「關聯產生」，

W玻色子和Z玻色子是導致弱核力的原因，它們可以以不同且容易識別的方式衰變。關聯產生比非關聯產生希格斯玻色子少，但W或Z玻色子的存在大大提高了研究人員識別包含希格斯玻色子事件的能力。希格斯玻色子的相關產生技術是在芝加哥郊外的費米國家加速器實驗室首創的。由於該設施的低能粒子加速器，實驗室從未宣稱發現了希格斯玻色子，但它的研究人員的知識在今天的聲明中發揮了重要作用。

大型強子對撞機加速器擁有兩個能夠觀測希格斯玻色子的大粒子物理探測器——緊湊型μ子螺線管（CMS）和環形強子對撞機（ATLAS）。今天，兩個實驗合作宣布觀測希格斯玻色子的相關產生，希格斯玻色子的特定衰變為一對物質反物質的底誇克。

，而對這種衰變模式的簡單觀測是科學知識的重大進步，它有一個更重要的結果。事實證明，早在1964年提出的希格斯場並不是由一個更基本的想法驅動的。它被簡單地添加到標准模型中，這個模型描述了亞原子粒子的行為，就像一個創可貼。（在希格斯場被提出之前，標准模型預測了無質量粒子。希格斯場作為標准模型的一個特別附加部分被包括進來之後，粒子現在有質量了。）因此，探索衰變概率的預測對於尋找與基礎理論聯系的線索是非常重要的。自20世紀60年代以來，已經有了更多的最近和全面的理論，這些理論預言可能存在不止一種類型的希格斯玻色子。「KdSPE」「KdSPS」因此，了解希格斯玻色子衰變成其他粒子的速率，並將其與預測的衰變率進行比較是至關重要的。說明一致性的最簡單方法是報告觀測到的衰變率除以預測的衰變率。兩者之間達成更好的協議將產生接近1的比率。CMS實驗在今天的公告中發現了極好的一致性，預測與觀測的比率為1.04±0.20，ATLAS的測量結果也很相似（1.01±0.20）。這項令人印象深刻的協議是當前理論的一次勝利，盡管它並沒有指明希格斯現象更基本起源的方向。

大型強子對撞機將持續運行到12月初。然後，該公司將暫停運營兩年，進行翻新和升級。在2021年春天，它將恢復運作，大大增強能力。加速器和探測器預計將在20世紀30年代中期繼續採集數據，記錄的數據將是目前記錄的數據的30倍以上。隨著數據的增加和能力的提高，希格斯玻色子很可能還有故事要講。

最初發表在《生命科學》雜志上。

Don Lincoln將這篇文章貢獻給了《生命科學》的專家之聲：Op Ed&Insights。「