上帝粒子是什么？（科普 上帝粒子是什么？）

什么是上帝粒子？(什么是科普神粒子？)

什么是上帝粒子？要回答这个问题，首先要提到一个名词——“粒子物理”

说到粒子物理，你会想到什么？

是美剧《生活大爆炸》中智商极高情商极低，经常让身边朋友哭笑不得的物理天才谢尔顿吗？

或者LHC，欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机？

近年来，粒子物理领域最激动人心的事件是2012年在LHC发现了被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子，“上帝粒子”的两位支持者获得了2013年的诺贝尔物理学奖。

但是要真正解释很多粒子和抽象的科学问题并不容易，尤其是对于非物理专业的学生来说。因此，使用类比和模型很重要。

例如，使用乐高积木。

我们可以想象每一个积木都是由上亿个粒子组成的。从BIGBANG，到认识希格斯玻色子(上帝粒子)，再到畅想粒子物理的未来发展，这是一次独特而精彩的探索之旅！

积木的类比虽然不能完美的描述自然，但是可以让我们用最简单的方式了解宇宙的全景。

那么到底什么是上帝粒子呢？它是如何工作的？让我们用乐高积木来认识彼此。

一、上帝粒子

上帝，也被称为希格斯玻色子。希格斯玻色子(英文:Higgs boson)是粒子物理标准模型预言的一种自旋为零的玻色子。它没有电荷和色电荷，极不稳定，产生后会立即衰变。

希格斯玻色子是一种非常重要的粒子。科学家在1965年预言了它的存在，并在2012年正式证实了它的存在，这也是粒子物理标准模型拼图中的最后一块。希格斯玻色子是与希格斯场密切相关的粒子。

希格斯场通过希格斯玻色子的交换来减慢基本粒子的速度，就好像它们正在穿过浓稠的糖浆一样。这可以阻止粒子达到最快的速度——光速。这种减速行为类似于我们日常对质量的理解。如果我们想加速一个更大质量物体的运动，我们需要施加更大的力。

希格斯玻色子与所有粒子的相互作用方式并不相同，但它的相互作用方式更加独特。与希格斯玻色子的相互作用越多，粒子的减速越大，观测到的粒子质量越大。

希格斯场的概念图

1。顶夸克

顶夸克是最重的基本粒子，与希格斯玻色子的相互作用最多。

2。“轻”电子

“轻”电子与希格斯玻色子的相互作用非常小，因此比顶夸克更容易加速到高速。

3。中微子

中微子的质量非常小。到目前为止，还没有确定是多少，所以在所有费米子中，它们与希格斯场的相互作用最小。

4。希格斯玻色子

希格斯玻色子有质量，因为它可以和自己相互作用，减慢自己的速度，就像路人在街上闲逛玩手机一样。

第二，寻找希格斯

如果说希格斯场是以罗伯特·布罗特、弗朗索瓦·恩格勒和彼得·希格斯的名字命名的，那么希格斯和恩格勒获得了2013年的诺贝尔物理学奖。Brott于2011年去世。)无处不在，那么为什么我们总是看不到希格斯玻色子呢？

像W玻色子和Z玻色子一样，希格斯玻色子因为质量大，需要大量的能量才能产生。现在宇宙平均能量低，它们只能以虚粒子的形式存在。为了直接探测希格斯玻色子，我们需要使用适当的能量将希格斯虚拟粒子带到现实世界中。

这已经通过大型强子对撞机实现了，主要有四种方式，每种方式都涉及一个粒子和一个反粒子的湮灭。

一旦产生，短暂的希格斯玻色子将立即衰变为粒子-反粒子对。就像W玻色子和Z玻色子的发现一样，希格斯玻色子的存在是从已知粒子衰变行为的总能量推断出来的。

如果测得的能量值超过了已知粒子能量的总和，那么该现象就无法用我们已知的粒子来解释，这一点非常重要，说明这个能量只能从一个新粒子的衰变中产生。

希格斯玻色子与任何质量粒子相互作用，一般它可以退化成任何质量玻色子或费米子——质量粒子越大，希格斯就越有可能退化成它们。

下图演示了大型强子对撞机(LHC，世界上最大的强子对撞机)上的ATLAS和CMS探测器中的希格斯玻色子观测到的希格斯粒子候选粒子的衰变模式。

注:上图4表示的希格斯玻色子也可以衰变为底夸克和反夸克(H→bb过程)，这在2018年LHC上的ATLAS实验中观察到。这本书的英文原版是2017年出版的，但出版时没有遵守。

虽然希格斯玻色子是2012年在LHC发现的，但它的信噪比很低，足以更详细地研究希格斯玻色子的属性。

中国提出的环形正负电子对撞机(CEPC)可以产生大量干净的希格斯粒子例子，从而精确测量其性质，确认该粒子是否为标准模型希格斯玻色子，并通过它深入研究弱对称性自发破缺机制、质量起源等基本问题，寻求标准模型之外的新的物理线索。

CEPC的周长大约100公里，大约是LHC的四倍。CEPC将是世界上最大的对撞机。它的建成将极大地推动我国高能物理的研究，使我国成为世界粒子物理的研究中心之一。