被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子，究竟是什么东西？

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？

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。

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。

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”。

上帝粒子真正的专业名词叫希格斯玻色子。对物理学家来讲，这是不必要的夸张。彼得•希格斯(Peter Higgs)—因其在亚原子粒子质量方面的研究而获得诺贝尔奖——将其称为物理学最基本的粒子。不管是不是上帝粒子希格斯玻色子极不稳定，通常都是在它生成的同时，马上就会发生衰变，再加上对撞会产生大量的粒子，而在这其中希格斯玻色子的数量极少。所以这是一项非常艰巨的工作，科学家们需要反复的将粒子束进行对撞，并在巨量的实验数据中，找到希格斯玻色子存在的蛛丝马迹。最终发现他对新的基本粒子的预测是正确的，该基本粒子是物理标准模型中基本粒子家族的必要补充。

如果说社交媒体教会了我们什么的话，那就是在一种文化中，思想以指数级的速度传播，误解也是如此。没有上下文，即使是喜剧也会变成悲剧。上帝粒子的发现最终证明了上帝确实存在吗?如果您在与物理学家交谈时说出根据相关理论推测，在极高能量的环境中，希格斯场会被激发出一种玻色子，即“希格斯玻色子”，如果探测到了这种基本粒子，也就证明了希格斯场的存在。这个时候，粒子对撞机就可以派上用场了。标准模型中的基本粒子可分为费米子和玻色子。费米子是组成物质的粒子，而玻色子是传递物质间力的粒子证实了物质和辐射都既具有粒子性又具有波动性。这就是现今的波粒二象性。因此，每个粒子都与粒子所“携带”的相应场或扰动相关联。

例如，我们知道两个磁铁之间的斥力和引力是电磁相互作用，但是你不知道的是该场是由光子携带的。尽管我们可以用磁铁的运动来探测磁场，但是携带磁场的粒子却不可以。这是因为力粒子或者玻色子是不可见的或者说是虚的这个模型描述了四种基本自然力中的三种。根据强度它们可以分为连接原子核的强力，它是由胶子携带；电磁力，这是最常见的，我们都知道，正是因为有了质量基本粒子才会结合成原子、分子，才会有了世间万物，而我们所处的宇宙之所以有条不紊的运行，其根本原因也在于此。可以说没有了希格斯场，也就没有了我们现在的世间万物！而证实希格斯场真实存在的希格斯玻色子，则当之无愧的被称为上帝粒子。

希格斯玻色子，有时被称为“上帝粒子”，是给予我们周围的粒子和一切物质的东西。但它是什么，为什么它对科学家来说很重要？今天，我们将尝试提供一个外行解释和关于这个神秘粒子的一些历史。

一点历史

在我们深入了解希格斯玻色子之前，我们需要探索自然界中的一个基本问题; “什么东西是由什么制成的？”当你看房子时，大多数人会说房子是用石头或木头制成的。然而，当你仔细观察时，你会发现即使这些物质也是由越来越小的物质组成。最终，你最终得到了原子。

由于原子是如此之小，几十年来我们相信它们是自然界中最小的东西，并且是宇宙中一切事物的基本构件。最终，科学家偶然发现了更小的电子，这导致了中子和质子的发现。

希格斯玻色子的诞生

标准模型

科学家和研究人员想知道这些颗粒是否也可能是由这些颗粒组成的，也可能是由更基本或更小的颗粒组成的。事实证明，电子不是由任何东西组成的，不能分裂。然而，科学家们确实发现质子和中子确实是由一些更小的 - 甚至更小的称为夸克的粒子组成。

由于量子力学的影响，事物在小和夸克的宇宙中表现得非常奇怪，尤其如此。现在，暂时搁置弦理论，物理学家认为夸克是基本粒子 - 也就是说，它们不能被分解或分成任何更小的粒子。我们用标准模型来解释这一点。

不幸的是，标准模型并没有解释为什么事物具有质量或“重量”。正因为如此，理论物理学家彼得·希格斯（Peter Higgs）认为，其他东西必须导致粒子具有质量。他的假设由一些复杂的数学组成，表明另一个粒子应该存在，给其他人带来质量，因此“ 希格斯玻色子 ”诞生了。

我们如何找到它？

我们正在通过粉碎粒子相互之间的难以置信的努力来寻找它。在他们留下的残骸中，我们应该能够看到希格斯玻色子的证据。我们在大型粒子对撞机上进行此操作，例如LHC，周长17英里。

大型强子对撞机的探测器

这个过程并不容易，因为当我们把东西粉碎在一起时，它会非常混乱。我们使用质子进行碰撞，因为任何更大的碎片都会导致太多碎片，而任何更小的碎片都不会产生足够的碎片。

这些粒子碰撞者面临的挑战之一是，他们实际上并不知道希格斯玻色子有多大。这很重要，因为它更难确切地知道在哪里看。Peter Higg最初的猜测说它可能非常大。最近，使用精确的数学和实验数据，希格斯玻色子预计会小于此，但仍然非常大。

如果我们发现它处于这个“ 非常大 ”的范围内，那么科学家们也期望看到超对称的证据非常重要，但我们将在以后的文章中谈到这一点。

找到希格斯玻色子不是粒子物理学家的终点 - 这只是第一步。关于粒子物理和量子力学还有很多重要的问题。寻找希格斯只是一个开始，下一步将回答它意味着什么以及在某个能量范围内找到它的后果是什么。

关于希格斯如何运作的Layman解释

希格斯场（或希格斯玻色子），使用类比，可以被认为是磁铁。大多数材料（在这种情况下，“其他颗粒”）需要外部磁场变为磁性（以获得质量或“重量”）。希格斯玻色子就像一个永久磁铁，因为它会产生自己的磁性（“质量”）并将其引入其他颗粒（或使其成为“磁性”）。

没有希格斯，物理学家将不得不回到绘图板，它将耗费数十年的研究和数学模型。

现在已经找到了粒子，科学家们将试图确定它的性质，然后将注意力转向找出为什么单个粒子具有它们所具有的质量。

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？

我们知道两个磁铁之间的斥力和引力是电磁相互作用，但是你不知道的是该场是由光子携带的。尽管我们可以用磁铁的运动来探测磁场，但是携带磁场的粒子却不可以。这是因为力粒子或者玻色子是不可见的或者说是“虚的”

这个模型描述了四种基本自然力中的三种。根据强度，它们可以分为：连接原子核的强力，它是由胶子携带；电磁力，这是最常见的，它由电子携带；以及弱力，它存在于β衰变和核反应中，由W 粒子和Z粒子携带。

一种被称为引力子的假想粒子被认为携带着第四种基本力引力，但每一次将其纳入模型并完成谜题的尝试都失败了。对物理学家来说，无法将所有相互作用力囊括在一个模型里一直是他们沮丧的根源。

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”。

被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子，究竟是什么东西？

上帝粒子，也称希格斯玻色子。希格斯玻色子（英语：Higgs boson）是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子，不带电荷、色荷，极不稳定，生成后会立刻衰变。希格斯玻色子是非常重要的粒子。科学家在1965年预测了它的存在，2012年正式确定了它的存在，这也是粒子物理学标准模型拼图中的后一块。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作用，减缓了基本粒子的速度，就好像它们要穿过黏稠的糖浆一样。这样可以避免粒子达到最快的速度——光速。这种减速的行为与我们日常对质量的理解类似，如果想加快一个较大质量的物体的移动速度，那么就需要使出更大的力。希格斯玻色子并不是用同样的方式与所有的粒子相互作用，它的相互作用方式更独特一些。与希格斯玻色子的相互作用越多，粒子的减速越大，观察到的粒子的质量也就越大。

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。“轻”电子与希格斯玻色子的相互作用非常少，因此它比顶夸克更容易加速到高速状态。中微子的质量非常微小，到目前为止还没有确定是多少，所以在所有的费米子中，它们与希格斯场的互动最少。希格斯玻色子有质量，因为它可以与其自身相互作用，减慢它自己的速度，就像路人在街上闲逛着玩手机一样。