希格斯玻色子：粒子物理学中的“上帝”阅读答案

希格斯玻色子：粒子物理学中的“上帝”

2013年10月8日，诺贝尔物理学奖在瑞典斯德哥尔摩揭晓。比利时理论物理学家弗朗索瓦·恩格勒和英国理论物理学家彼得·希格斯因希格斯玻色子的理论预言获奖。

自然界中物体之间的相互作用力可以划分为4种，即引力（重力）、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力。上世纪60年代，基于杨·米尔斯理论的非阿贝尔规范场理论兴起，建构成为现代的标准模型理论。该模型把基本粒子分为夸克、轻子和玻色子3大类，预言了62种基本粒子的存在。随着实验物理学家把加速器越造越大，标准模型预言的未知粒子，只有最重要的希格斯玻色子仍然“在逃”，其它的都在实验中现身。希格斯玻色子，极其神秘，难以寻觅，又极为重要，被称作“上帝粒子”。

现代的标准模型理论有一个致命缺陷——它所演绎出的世界里没有质量，因此标准模型尚缺一块基石，这块基石，就是希格斯玻色子。1964年，比利时理论学家罗伯特·布绕特（已故）和弗朗索瓦·恩格勒特首先提出了量子场方程，在符合相对论的前提下产生弱电对称破缺。同年，彼得·希格斯提出了同样的方程，并且指出这个场中的涟漪会表现为一种新的粒子，并进而假设这种粒子是物质的质量之源，是电子和夸克等形成质量的基础。其他粒子在这种粒子构成的“海洋”中游弋，受其作用而产生惯性，最终才有了质量。尔后所有的粒子在除引力外的另几种力的框架中相互作用，统一于“标准模型”之下，构筑成大千世界。这个被假定为一种遍布于宇宙的量子场，后来称为希格斯场。而遵照量子场论，这个量子场都有其特定的演化方式，其能量呈一团团的，集中在一起，这些能量团可以诠释为对应于这量子场的粒子，这就是希格斯玻色子。

若该粒子出现，物质质量起源之谜也将会揭开；若该粒子不存在，理论上只能要求所有粒子无一例外地必须完全没有质量，这无疑与现行的实验观察相矛盾。令人震惊之处就是：物理学家们若要重新评估该论述，其意义可不只是一条理论的修改，而是一场颠覆。于是希格斯玻色子，成了整个亚原子界闻名遐迩却最令人迷惑的小东西。长期以来，寻找其踪迹占据着整个粒子物理学界研究的中心。它的标准含义是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子。

世人对希格斯玻色子仰慕已久，却无缘识荆。长期以来，物理学家一直试图揭开希格斯玻色子的“面纱”。希格斯玻色子其实无法直接观测到，但可以通过观测到某种粒子衰变之后产生的光子等其他粒子，反推这些光子会不会是大型强子对撞机（LHC）中粒子碰撞产生的希格斯玻色子衰变出来的。理论和实验的发展，让人们对所需的能量有了一个很好的估计：希格斯玻色子的质量必定介于100GeV到400GeV之间。这就需要找一个相当巨大的机器——譬如欧核中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC），或者费米实验室的万亿电子伏特加速器（Tevatron）才行。2012年7月4日，这是个值得铭记的日子。在那天下午，欧核中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）的实验装置的紧凑缪子线圈（CMS）项目和超导环场探测器（ATLAS）发言人先后向外界宣称，他们观察到的数据明确表明发现了一种新的粒子。这种新粒子自旋为零，处于低能正宇称态，符合“希格斯玻色子”特征。欧核中心主任霍伊尔在媒体发布会上将其称之为一次“发现”，他认为这是人们“理解自然的一个里程碑”。

5．下面有关“希格斯玻色子”的表述，不正确的一项是

A．希格斯玻色子因为神秘、难以寻觅、极为重要，被称作“上帝粒子”。

B．希格斯玻色子是粒子物理学标准模型预言的一种自旋速度为零的基本粒子。

C．根据量子场论，希格斯玻色子是希格斯量子场的集中的能量团。

D．希格斯玻色子是电子和夸克等形成重量的基础，其质量必定介于100GeV到400GeV之间。

6．下列理解符合原文意思的一项是

A．比利时理论物理学家弗朗索瓦·恩格勒和英国理论物理学家彼得·希格斯因成功地证实了希格斯玻色子而获得2013年诺贝尔物理学奖。

B．理论物理学家建立了现代标准模型，预言了62种基本粒子的存在，这些粒子在4种力的相互作用下，构成了大千世界。

C．如果希格斯玻色子未被证实，那么理论上所有粒子将没有质量，现在的一切有关粒子物理学的理论将被全部否定。

D．希格斯玻色子只能通过功能相当巨大的大型强子对撞机才能直接观察到。如欧核中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC），或者费米实验室的万亿电子伏特加速器（Tevatron）。

7．根据原文提供的信息，下列推断或分析不正确的一项是

A．很多科学研究和发现，包括希格斯玻色子都是在假设的基础上实现的。

B．欧核中心主任霍伊尔在媒体发布会上把证实希格斯玻色子称之为一次“发现”，是因为这是人们“理解自然的一个里程碑”。

C．彼得·希格斯提出了量子场方程，指出在这个量子场中会表现为一种玻色子的新粒子，因此就以其名来命名为希格斯玻色子。

D．证实希格斯玻色子一直是整个粒子物理学界研究的重要内容，无数科学家为之付出了很多心血。

5．D(希格斯玻色子是电子和夸克等形成质量的基础)

6．C(A．是“理论预言”而获奖，非“成功地证实”。B“4种力”错，应该是除引力外的三种力。D希格斯玻色子无法直接观测到)

7．B(是因为希格斯玻色子是自然存在的，所以称之为“发现”，强加因果)