彼得·希格斯的永恒科学遗产和仍然悬而未决的问题

4 月 8 日,苏格兰物理学家彼得·希格斯 (Peter Higgs) 去世,他因发现以他的名字命名的粒子并有助于解释宇宙而载入史册。

希腊哲学家德谟克利特已经认为物质是由不可分割的小粒子(称为原子)组成的,原子之间存在真空。 德谟克利特认为,物质是由坚不可摧的小粒子组成的,这些粒子在真空中不断运动并赋予物质质量。

数千年后,彼得·希格斯解释了粒子获得质量的机制,并且该机制预测了一种基本粒子,称为希格斯玻色子。

他提出了他的理论来解释基本粒子的质量从何而来,并于 1964 年发表。在那份手稿中,他提出了一种想法,即一种机制允许调整电力的大小:当它与原始粒子接触时,它获得了质量。 并且看不见。 这代表了理论物理学不同领域之间的桥梁。

最终测试

四十年后,他的假设得到了数学模型的支持,并在欧洲物理研究中心建造了迄今为止世界上最大的加速器大型强子对撞机(LHC)时,使他声名鹊起。 粒子和核,欧洲核子研究中心。 瑞士的一个巨大综合体的设计使粒子(在本例中为质子)发生碰撞,使我们能够验证此前的想法。

2012 年,欧洲核子研究中心 (CERN) 大型强子对撞机 (LHC) 进行的实验实现了此前的假设:希格斯粒子存在,并且他们在那里展示了证据。 这一发现被认为是粒子物理标准模型最杰出的成就,是迄今为止在最基本层面上解释可见宇宙的最完整的理论。

随着希格斯玻色子的发现,标准模型完成了,它描述了构成我们所知道的一切的一组基本粒子以及它们之间相互作用的力,使它们像组装的乐高积木一样发挥作用。

需要希格斯玻色子来回答一个关键问题:夸克和轻子等粒子具有形成物质的质量。 但他们从哪里得到这些面团呢? 答案就是所谓的希格斯场,这是一种看不见的环境,它渗透到整个宇宙中,并为在其中导航的粒子注入了质量。

在这个希格斯场中存在希格斯玻色子,它们将质量“涂抹”到形成物质的粒子上。

两人共享奖品

次年,即2013年5月,宣布将阿斯图里亚斯王子科学技术研究奖授予彼得·希格斯、弗朗索瓦·恩格勒特(另一位理论物理学家,其发现对该理论做出了贡献)和欧洲核子研究中心的理论预测和实验检测。 希格斯玻色子。

十月,希格斯与恩格勒特一起获得了诺贝尔物理学奖。 瑞典科学院评审团在声明中证明了这一选择的合理性,因为被认为是革命性的希格斯粒子的解释使我们能够支持对宇宙的理解,其基础是一种“起源于充满整个空间的不可见场的粒子。甚至当它看起来空的时候,它就在那里。没有他,我们就不会存在。

彼得·希格斯的科学遗产将远远超出当前发现的范围。 希格斯玻色子是布劳特-恩格勒特-希格斯场的可观测“激发”,它与基础物理学中一些最有趣和最关键的问题有关。

标准模型无法回答几个问题。 例如,它没有解释暗物质是什么,这是一种占宇宙 27% 的神秘成分。 它也无法解释为什么宇宙中的物质多于反物质,或者为什么宇宙的膨胀正在加速。 还有一个很大的差距:它没有包括重力。

因此,这种粒子仍然相当神秘,代表着超越标准模型的物理学的一个非常有前途的门户。

*文章最初发表于 对话

关于作者

圣地亚哥·冈萨雷斯·德拉霍兹

粒子物理研究所(IFIC – CSIC – UV)物理学教授

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#彼得希格斯的永恒科学遗产和仍然悬而未决的问题
2024-04-12 08:16:29

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