希格斯场详细资料大全

希格斯场 （英语：Higgs field），以物理学家彼得·希格斯姓氏为名，是一种假定遍布于全宇宙的量子场。按照标准模型的希格斯机制，某些基本粒子因为与希格斯场之间相互作用而获得质量。希格斯玻色子是希格斯场的振动。假若能够寻找到希格斯玻色子，则可以明确地证实希格斯场也存在于宇宙，就好像从观察海面的波浪可以推论出大海的存在。连带地，也可确认希格斯机制与标准模型基本无误。

基本介绍 中文名 ：希格斯场 外文名 ：Higgs field 隶属 ：希格斯机制 提出人 ：希格斯 简介,概述,自发对称性破缺,没有希格斯场的世界,大统一理论,参阅, 简介 希格斯场 （英语：Higgs field），以物理学家彼得·希格斯姓氏为名，是一种假定遍布于全宇宙的量子场。按照标准模型的希格斯机制，某些基本粒子因为与希格斯场之间相互作用而获得质量。希格斯玻色子是希格斯场的振动。假若能够寻找到希格斯玻色子，则可以明确地证实希格斯场也存在于宇宙，就好像从观察海面的波浪可以推论出大海的存在。连带地，也可确认希格斯机制与标准模型基本无误。 希格斯场中W玻色子与Z玻色子-内部结构模型图 在标准模型里，W玻色子与Z玻色子借着套用希格斯机制于希格斯场而获得质量，费米子借着套用希格斯机制于希格斯场与费米子场的汤川耦合而获得质量。只有希格斯玻色子不倚赖希格斯机制获得质量。不过尽管希格斯机制已被证实，它仍旧不能给出所有质量，而只能将质量赋予某些基本粒子。例如，像质子、中子一类复合粒子的质量，只有约1%是归因于将质量赋予夸克的希格斯机制，剩余约99%是夸克的动能与强相互作用的零质量胶子的能量。 概述 希格斯场的存在会促使自发对称性破缺，从而造成不同粒子、不同作用力彼此之间的差异。例如，在电弱理论里，从希格斯场的理论物理秉性，可以解释为什么当温度降低到某程度，电磁相互作用与弱相互作用的性质迥然不同，答案是对称性已被打破。 在标准模型里，希格斯机制是基本粒子获得质量的物理机制。1964年，分别有三组研究小组几乎同时地独立延伸发展出希格斯机制，其中，一组为弗朗索瓦·恩格勒和罗伯特·布绕特，另一组为彼得·希格斯，第三组为杰拉德·古拉尼、卡尔·哈庚和汤姆·基博尔。这些论文表明，假若将局域规范不变性与自发对称性破缺的概念以某种特别方式连结在一起，则规范玻色子必然会获得质量。于1967年，史蒂文·温伯格与阿卜杜勒·萨拉姆分别套用希格斯机制来打破电弱对称性，并且表述希格斯机制怎样能够并入稍后成为标准模型一部分的谢尔登·格拉肖的电弱理论。 套用希格斯机制，温伯格与萨拉姆分别发现传递弱作用力的W及Z玻色子具有质量，而传递电磁作用力的光子不具有质量。质量的起源或质量的创始时常被归功于希格斯机制。但是，对于质量的秉性，物理学者疑问希格斯机制是否给出了足够解释。如同物理学者马克斯·杰莫（Max Jammer）所说，“假若某过程生成质量，则一个合理要求为，它也应该给出一些关于它生成的到底是什么的资料。”但是，希格斯机制不是使用一种奇迹式的“无中生有”（creatio ex nihilo）方法来生成粒子质量，而是从以能量形式储存质量的希格斯场将质量转传给粒子，因此，“希格斯机制与其相关理论并没有贡献出对于质量秉性的了解。” 希格斯机制假定存在着一种称为希格斯场的标量场遍布于宇宙。借着与希格斯场耦合，某些原本没有质量的粒子可以获得能量，根据质能关系式，这就等于获得质量。粒子与希格斯场耦合越强，则粒子的质量越大。 希格斯场可以比拟为一池黐黏的蜜糖，黏着于某种尚未带有质量的基本粒子。当这种粒子通过希格斯场的时候，会变成带质量粒子。这比拟并不完全。第一、有些种类的粒子（例如光子、胶子）不会被蜜糖沾黏，这些粒子的质量为零。希格斯场与不同种类的粒子，两者之间的耦合不同。第二、蜜糖施加于被沾黏物体的作用力为阻力，不论物体的速度为何，都会感受到这阻力，而质量是与物体的加速度运动有关，物体质量越大，必须施加越大的作用力才能给出同样的加速度。 更精致地，可以将希格斯场比拟为在物理学术大会里均匀分布的学者。无名人士可以轻松地穿过会场，没有人会注意到他的存在，就如同希格斯场与零质量光子之间的相互作用。假若物理大师进入会场，大家会被大师的魅力吸引，在大师四周挤成一团。因此，他会获得很多质量。若以同样速度穿过会场，他所具有的动量当然会比较大，改变他的移动速度也比较不容易，必须施加更大的作用力，就如同希格斯场赋予W玻色子或Z玻色子质量后的物理效应。这点子源自凝聚体物理学。在晶体里，带正电原子的晶格排列具有周期性，当电子移动穿过晶格时，带正电原子会施加库伦力于这电子，使这电子的有效质量大大增加。 自发对称性破缺 主条目：自发对称性破缺 量子力学的真空与一般认知的真空不同。在量子力学里，真空并不是全无一物的空间，虚粒子会持续地随机生成或湮灭于空间的任意位置，这会造成奥妙的量子效应。将这些量子效应纳入考量之后，空间的最低能量态，是在所有能量态之中，能量最低的能量态，不具有额外能量来制造粒子，又称为基态或“真空态”。最低能量态的空间才是量子力学的真空。 构想某种对称群变换，只能将最低能量态变换为自己，则称最低能量态对于这种变换具有“不变性”，即最低能量态具有这种对称性。尽管一个物理系统的拉格朗日量对于某种对称群变换具有不变性，并不意味着它的最低能量态对于这种对称群变换也具有不变性。假若拉格朗日量与最低能量态都具有同样的不变性，则称这物理系统对于这种变换具有“外显的对称性”；假若只有拉格朗日量具有不变性，而最低能量态不具有不变性，则称这物理系统的对称性被自发打破，或者称这物理系统的对称性被隐藏，这现象称为“自发对称性破缺”。 没有希格斯场的世界 假若希格斯场不存在，则夸克、W玻色子、Z玻色子的质量都会变为零。由于像质子、中子一类复合粒子的质量，只有约1%是归因于其所含有的夸克，它们的性质只会有些小改变。τ子、μ子的质量也会变为零，但是它们与现实生活没什么关系。只有电子的质量变为零会对世界带来很大影响。电子质量越小，原子的尺寸越大。当电子质量变为零之时，超特大尺寸的原子会因相互碰撞，将整个原子拆散，所有原子核与电子会混合在一起，原子无法单独存在，也不会有水、空气与人类所生存的世界。 希格斯场能够打破对称性。假若没有希格斯场，则所有带电荷轻子，即电子、τ子、μ子，都会变得一样，因为它们原本相互区分的质量都变为零了。类似地，带电荷为+2/3的夸克，即上夸克、奇夸克、顶夸克都会变得一样；而带电荷为-1/3的夸克，即下夸克、粲夸克、底夸克也都变得一样。 大统一理论 有些宇宙学者认为希格斯场是真空能量的起源。在宇宙的最初时刻，温度特高，希格斯场的对称性毫无任何特征，宇宙能量也同样的没有些微区别。由于宇宙温度的降低，在之后接连发生的几次相变所造成的对称性破缺给出了千变万化的宇宙。最后一个相变所造成的对称性破缺打破了电弱力，使得弱作用力与电磁作用力被分离。现在，物理学者已有能力做出达到这相变所需条件的实验，但是分离电弱作用力与强作用力的相变所需条件仍旧远不可及。不论如何，被公认为静质量起源的希格斯场也是研究强作用力的关键。 参阅 希格斯玻色子的实验探索 探寻希格斯玻色子时间轴

上帝粒子= 希格斯玻色子 (Higgs Boson) 上帝粒子(希格斯玻色子) 令物质有质量

例如夸克

轻子(电子等等)会有 质量是因为他们含有上帝粒子

光子

胶子没有质量是因为他们无含有上帝粒子。 找到"上帝粒子"后

人类便清析了解为何物质有质量

及 知道宇宙大爆炸之后几秒所演化的分子。 "上帝粒子"是传媒介的专称

其实"上帝粒子"就是希格斯玻色子(Higgs boson)

参考: 忧

CERN发现「上帝粒子」，被视为物理学界近几十年来最重要发现，科学家预期长远而言，「上帝粒子」的发现有助研发新科技，在医学、电脑及制造等范畴都可应用到。 科学家认为，发现「上帝粒子」除了让他们对原子有更深入了解，也完善了著名物理学家爱因斯坦的宇宙理论，不过由于目前科学界对「上帝粒子」仍然所知甚少，有关发现在现阶段仍难以作实际应用。 但假以时日，当科学界对「上帝粒子」有深入和更透彻了解后，未来便可利用它研发新科技，应用在医学、电脑及制造业等范畴。有专家甚至将发现「上帝粒子」与当年发现电子相提并论。电子概念最先在1938年提出，科学家其后利用这概念，研发出电视、 CD及癌症放射性治疗等科技。 dailymailcouk/sciencetech/article-2073533/Higgs-boson-First-hard-evidence-God-particle-CERN

参考: 「上帝粒子」，与发现电子相提并论 and 上帝粒子助医学研究

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理论上最小的基本粒子是:普朗克(尺度)粒子(直径10^-33公分),但目前尚未发现

                                                       普朗克(尺度)粒子

 普朗克(尺度)粒子由五种弦组成

目前人类已经发现61种基本粒子,尚差1种重(引)粒子未发现

粒子物理学中，基本粒子（英语：elementary particle）是组成物质最基本的单位。目前在标准模型理论的架构下，已知的基本粒子可以分为费米子（包含夸克和轻子）以及玻色子（包含规范玻色子和希格斯粒子,也称传播子）。由两个或更多基本粒子所组成的则称作复合粒子(如中子、质子、和介子)。

我们日常生活中的物质由原子所组成。过去原子被认为是基本粒子，原子这个词来自古希腊语中“不可切分的”。之后，原子核被发现是由质子和中子所构成。20世纪前、中期的基本粒子是指质子、中子、电子、光子和各种介子，这是当时人类所能探测的最小粒子。随著实验和量子场论的进展，发现质子、中子、介子是由更基本的夸克和胶子所组成。同时人类也陆续发现了性质和电子类似的一系列轻子，还有性质和光子、胶子类似的一系列规范玻色子。这些都是现代的物理学所理解的基本粒子。

基本粒子(次原子粒子),分类如下:

费米子

基本费米子分为 2 类：夸克和轻子。

夸克

目前的实验显示共存在6种夸克，和他们各自的反粒子。这6种夸克又可分为3“代”。他们是

第一代：u（上夸克） d（下夸克）

第二代：s（奇异夸克） c（粲夸克）

第三代：b（底夸克） t（顶夸克）

它们的质量关系(见上图)。另外值得指出的是，他们之所以未能被早期的科学家发现，原因是夸克决不会单独存在（顶夸克例外，但是顶夸克太重了而衰变又太快，早期的实验无法制造）。他们总是成对地构成介子(见下图)，或者3个一起构成质子和中子这一类的重子(见下图)。这种现象称为夸克禁闭理论。这就是为什么早期科学家误以为介子和重子是基本粒子。

轻子

共存在6种轻子和他们各自的反粒子。其中3种是电子和与它性质相似的重电子。而这三种各有一个相伴的中微子。他们也可以分为三代：

第一代：（电子） （电中微子）

第二代：（μ子）（μ中微子）

第三代：（涛子） （τ中微子）

玻色子

玻色子是依随玻色-爱因斯坦统计，自旋为整数的粒子。

规范玻色子

这是一类在粒子之间起媒介作用、传递相互作用的粒子。之所以它们称为“规范玻色子”，是因为它们与基本粒子的理论杨-米尔斯规范场理论有很密切的关系。

自然界一共存在四种相互作用，因此也可以把规范玻色子分成四类。

引力相互作用：引力子(尚惟理论性）

电磁相互作用：光子

弱相互作用（使粒子衰变的相互作用）：W及Z玻色子，共有3种：W+,W-,Z0

强相互作用（夸克之间的相互作用）：胶子

粒子物理学已经证明电磁相互作用和弱相互作用来源于宇宙早期能量极高时的同一种相互作用，称为“弱电相互作用”。有很多粒子物理学家猜想在更早期宇宙更高能量（普朗克尺度）时很可能这四种相互作用全都是统一的，这种理论称为"万有理论"。但是目前因为加速器能够达到的能量相对普朗克尺度仍然非常的低，所以很难验证。而大统一理论目前主要的发展方向是超弦理论。

                                                       普朗克(尺度)粒子

普朗克(尺度)粒子由五种弦组成

                                                       

胶子

胶子是强相互作用的媒介子，带有色与反色并由于色紧闭而从未被探测器观察到过。不过，像单个的夸克一样，它们产生强子喷注。在高能态环境下电子与正电子的对灭有时产生三个喷注：一个夸克，一个反夸克和一个胶子是最先证明胶子存在的证据。

希格斯玻色子

希格斯玻色子是一种具有质量的玻色子，没有自旋，不带电荷，非常不稳定，在生成后会立刻衰变。在标准模型预言的61种基本粒子中，希格斯玻色子是最后一种被实验证实的粒子。

图中＋－号代表不可分割的最小正负电磁信息单位-量子比特（qubit）

（名物理学家约翰惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源图于比特 It from bit

量子信息研究兴盛后,此概念升华为，万物源于量子比特）

注：位元即比特

2012年7月，物理学领域有了一个重大的发现，物理学家们终于解开了困扰他们40多年的谜团。当每个人都兴奋地握手庆祝时，一个老人哭了，这个人就是彼得•希格斯。他对一个新的基本粒子的预测，即标准物理模型中对基本粒子家族的必要补充，最终被证明是正确的。

希格斯玻色子的发现尤其令人期待，因为它被吹捧为“上帝粒子”。但是为什么它有这么一个耸人听闻的昵称呢？

自然的力量

如果说社交媒体教会了我们什么的话，那就是一个文化中的想法会以指数速度传播，但误解也是如此。不了解来龙去脉，就连喜剧也似乎变成悲剧。难道上帝粒子的发现最终证明了上帝确实存在？

你在与物理学家交谈时说出 “上帝粒子”这个词时，如果他或她一脸苦相地反驳的话，不要感到惊讶。令物理学家懊恼的是，这个词现在已经不可避免地与粒子纠缠在一起了。对物理学家来说，这是一种不必要的夸张。彼得•希格斯更愿意把它称为物理学最想要的粒子。但是为什么我们如此迫切地想要找到它？

标准模型中的基本粒子可以分为费米子和玻色子。费米子是构成物质的粒子，而玻色子则是传递物质之间作用力的粒子。在20世纪50年代末期，科学家证实物质和辐射可以同时表现出粒子和波的行为。这被称为波粒二象性。

因此，每个粒子都与一个相应的场或粒子所“携带”的扰动相关联。

例如，两个磁体之间的排斥和吸引力是电磁力，但你可能不知道这个磁场是由光子携带的，它的粒子模拟物。虽然我们可以从磁体的运动中探测到磁场，但对携带它的粒子却不能这样说。这是因为力量粒子或玻色子是无形的或虚拟的。

标准模型描述了自然界四种基本力中的三种。按照力量顺序，他们可以列为，结合原子核并由胶子携带的强场，最常见的，由电子承载的电磁场，和致使β衰变及核聚变反应，由W和Z粒子携带的弱场。

一个叫做引力子的假想粒子被认为携带着引力，这是第四种基本力，但是每一次尝试将其合并到模型中并完成这个谜题时，结果都失败了。对于物理学家来说，无法将一切都包含在一个整体中一直是挫败感的来源。

追求对称

物理学家渴望确定性，他们希望能够有预测的能力，并见证事件慢慢明朗。标准模型允许我们描述原子核千分之一大小的粒子的行为，但他们仍然不满意。

在这些力量中，存在着明显的不对称。电磁学的范围是无限的，但弱相互作用力的范围不是。物理学家认为存在一种对称性，有一种比所有四种基本力更基础的力。他们认为这四种力量是从单一河流中分裂出来的一个三角洲的溪流。因此，所有不同的力量都是一种力量的表现，它是大爆炸后出现的第一个力量。

虽然引力目前不予考虑，但我们希望能达到对称性，或者说把剩下的三种力合并成一个我们称之为大统一力（GUF）的力。然而，这样的对称性只能在巨大的能量或大统一能量中见证，大统一能量是宇宙大爆炸后产生的一种能量。

为了探测GUF，我们需要一个像太阳系一样大的粒子加速器！所以，物理学家认为他们至少能做的就是把电磁力和弱力结合成“电弱力”。他们希望，在随后的几年里开发出来的粒子加速器能够强大到足以探测到“电弱力”。

弱力没有像电磁力那样到处分散的原因是，弱力粒子与光子不同，它们很大。因为它们的质量使它们停滞不前，所以不会到处窜动。在60年代末，史蒂文•温伯格成功地将这两种理论结合起来，创造了电弱理论。他首次预测了W、Z粒子，并计算了它们的质量。16年后，欧洲原子核研究组织（CERN）成功地探测到它们并发现它们的质量大约是一个质子的100倍，这与温伯格最初预测的差距不太大。

弱力粒子的发现是历史性的，但我们的研究还没有完成。只有能够解释是什么导致了不对称，是什么导致了大量的力粒子才能建立一个完整的电弱理论框架。

讨厌的粒子

彼得•希格斯提出了一个新的基本力场的存在，这是一种相互作用，它会在弱场粒子中注入质量。无处不在的力场最终被称为希格斯场，与它相关的粒子被称为希格斯玻色子。希格斯认为W和Z粒子会干扰这个场并产生质量，而光子会以不同的方式快速地穿过，不会产生任何质量。

令人惊讶的是，希格斯场不仅导致产生力粒子的质量，还会产生物质粒子。虽然物质扰乱希格斯场的机制不同，但这意味着如果没有希格斯场，就没有质量，没有质量，质子就没有对抗运动，不会停止，聚集和形成物质，而是以光速穿过空间。没有它，我们就不会存在。所以，希格斯玻色子的发现确实非常重要。

然而，如果没有证据，一个理论就是推测。希格斯玻色子是出了名的难以捉摸，探测希格斯场所需的能量比一般加速器所能提供的能量大得多。此外，更大的能量会带来更大的风险和成本。没有人能保证更大的加速器就会探测到它。如果所有的努力，高昂的费用和不可挽回的时间最终发现都毫无价值，那该怎么办？

二十年过去了，物理学家们仍然一无所知。1993年，美国物理学家Leon Lederman和Dick Teresi写了一篇文章《上帝粒子：如果宇宙是答案，那问题是什么？》。有趣的是，最初的标题是《这令人讨厌的粒子》（The Goddamn Particle），反映了物理学家在近20年里无法找到它的巨大挫败感。然而，出版商不同意，之后作者把单词删减成“上帝”。结果这个名字就粘在上面了。就像一个有责任心的寄生虫，似乎不会很快离开。

误释被曲解了，阴谋也随之而来。2005年大型强子对撞机（LHC）开始开发时，扑朔迷离的阴谋正四处流传。一些人认为物理学家打开了通往地狱的大门。

物理学家通过研究在高速粒子碰撞中分散的碎片，发现了新的、更小的基本粒子。这类似于通过检查电视机从建筑物顶部扔下来摔成的碎片来研究其内部结构。2012年，人类有史以来建造的最强大的粒子加速器LHC，以接近光速的速度碰撞质子，最终发现了长久以来寻找的希格斯玻色子，原来它隐藏在内部。

希格斯场的发现仅仅是个开始。我们推测，这个场的许多“版本”最终将不仅仅是对称建立，而是所谓的超对称，它是一个扩展的标准模型，有望填补剩余的空白。这也包括暗物质的构成，暗物质目前似乎比希格斯场更难以理解。

不管是不是上帝粒子，这个发现是开创性的，也许是我们短暂历史上最重要的发现之一。我们的祖先带着棍子出发，但最重要的是，带着好奇心，沿着潮湿的砾石，追踪水斑找到溪流，爬过一个个悬崖，跟着溪流发现池塘，我们现在已经艰难地追踪到这四大河流。

在这段时间里，我们已经锻造了一些工具，正如英国科幻作家Arthur Clarke所说，它们与魔法别无二致。很快，我们就会沿着河流到达最终的“大河”，把我们的木棍固定在它旁边的地面上，回顾我们史诗般的朝圣之旅。然后我们就可以停止好奇“如何做”，而开始思考“为什么”。

这里5-sigma置信度可以理解为,所观测到的结果9999994%是真实的结果,但有000006%的可能性这个结果其实只是实验误差。其实这的确也可以理解为一个“很大的标准误差”。实际做法是这样的:首先我们假设higgs boson不存在,这样从理论上可以计算得到一个理论测量值;然后我们看真实测得的数据,并和假设higgs boson不存在的理论值进行比较。5-sigma的意思是,测得实验数据“远远偏离”不存在higgs boson的假设反过来说,我们基本可以肯定higgs boson是存在的。几sigma的概念可以用于描述误差大小,也可以用于描述置信度。这个概念本质上来源于正态分布,而实验误差分析等等绝大部分都是基于正态分布的。:)

求采纳

你说的是Higgs粒子吧。

目前在LHC上最重要的发现手段是通过Higgs衰变为双光子的反应。

虽然Higgs粒子不带电，不能直接和光子耦合（光子只能和电荷直接耦合），但是Higgs粒子可以通过圈图效应间接和耦合，你可以想象为Higgs放出一对虚的粒子对（主要是正负顶夸克和正负W玻色子），然后这个粒子对湮灭，行程光子对（附件里有Higgs到双光子的费曼图）。

要在双光子道中寻找Higgs并非易事因为在强子对撞的实验中，有很多强子喷注会构成本底事例。所谓喷注是夸克或者胶子在实验上的表现形式。因为色禁闭它们不能单独出现，而是在真空中有激发出很多强子，沿着相近的方向飞出，实验上就观测到一个强子喷注。 因为强子对撞QCD截面远远大于理论预言Higgs->双光子的截面，实验上需要有强有力的手段排除喷注，保留光子。

光子的探测还有一个麻烦是光子打到探测器上会产生正负电子对，有专门的算法重建这部分粒子。

除了双光子道，Higgs衰变到W波色子对或者Z玻色子对也是研究的热门。当然这时候其中一个W或者Z只能是虚的（Higgs质量小于两倍W或者Z时候，一个W或者Z不能在质壳上），Higgs伴随W产生过程或者伴随顶夸克产生也是研究热点。如果足够幸运甚至能观测到WH，H衰变到两个底夸克甚至顶夸克对+Higgs，Higgs衰变到底夸克，但是受制于重味夸克标定的技术，这些反应到相当难研究。

回答有些乱，如果有什么需要进一步解释的再联系我。我是做LHC上实验的。

另外说个小插曲，关于“上帝粒子”名称的由来。其实原来是有人想叫作“goddamn particle”,意为该死的粒子，因为它老是找不到。后来因为为了吸引眼球，干脆叫做god particle

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