2022-03-08 21:34:41

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希格斯机制(Higgs Mechanism)是英国物理学家彼得·希格斯和其他理论物理学家同时发现的一种物理机制。同样这一机制也天然的自我存在着。

基本信息

  • 中文名

    希格斯机制

  • 外文名

    Higgs Mechanism

折叠 编辑本段 1物理新创

希格斯机制(Higgs Mechanism)是苏格兰物理学家彼得·希格斯和其他理论物理学家同时发现的一种物理机制。

折叠 编辑本段 研究成果

在规范场理论中,规范粒子的质量是为对称性所不允许的。随着对对称性破缺的深入研究,特别是南部-戈德斯通定理的发现,物理学家们发现在规范理论中零质量的南部-戈德斯通粒子能为零质量的矢量规范粒子提供纵向分量,从而赋予它们以质量。

粒子物理的标准模型引进了一个两分量,即希格斯场,它共有四个自由度。在弱电SU(2)\ U(1)对称群被希格斯场的势能所自发破坏后,希格斯场中的三个自由度被SU(2)的规范粒子所吸收而成为它们的纵向分量。这些规范粒子就是W和Z玻色子(确切地说,Z玻色子是SU(2)和U(1)规范粒子的一个线性组合,它的正交组合是光子)。希格斯场的剩余自由度被称为希格斯玻色子,而希格斯玻色子于2013年被科学家发现,并且一举获得诺贝尔物理学奖。希格斯场独立于希格斯机制,是标准模型中的一个方便假设。它并不是理论所必需的组成部分。在动力学对称破缺模型如工作色模型(<noinclude>)中,希格斯场为凝聚的费米子对(类似超导理论中的库柏对)所取代。只有在超对称标准模型希格斯场才是真正基本的角色。

折叠 编辑本段 希格斯场

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,电磁相互作用弱相互作用的性质迥然不同,答案是对称性已被打破。

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·温伯格阿卜杜勒·萨拉姆分别应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。

应用希格斯机制,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。

我在《变化》中对于惯性做了新的认识,即引力是惯性的源泉。基于此对惯性做了新的定义。 并认为引力的本源是时空。与时空弯曲没有关系。

希格斯场对于宇宙是普遍的,那么也就是说可以上升到是一种宇宙的性质。希格斯场通过影响基本粒子质量,粒子组合为物质,构成现在的宇宙。所以引力场和希格斯看似不相互关联,但其实是有联系的。

这点我们在后面的章节中还会论述。

摘自独立学者灵遁者量子力学书籍《见微知著》[1]

参考资料

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