天体小论文李焜阳韦玉明上帝之谜higgs波色子

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1、上帝之谜：Higgs波色子物理科学与工程技术学院10级逸仙班李焜阳学号10329043韦玉明学号：10329006摘要：本文简述了弱电统一理论的标准模型和Higgs玻色子的基本性质，介绍了Higgs玻色子的探测及探测设备ATLAS和CMS，还涉及到超对称模型。关键字：Higgs波色子、弱电统一理论、ATLAS、CMS、超对称模型引言1964年，英国科学家皮特·希格斯基于Yang-Mill理论引入了自旋为零的粒子，使得规范场粒子在Higgs机制下拥有质量，从理论上解决了Yang-Mill理论的缺陷。后来，格拉肖、温伯格和萨拉姆在SU(2)L×U(1)规范理论中引入Higgs机制，从而

2、构成了今天的弱电统一理论。弱电统一理论的建立是20世纪粒子物理的重要成果，它经受住了广泛的实验检验，直到目前也没有直接的实验表明这个理论是错误的。然而，作为这个理论的核心之一的Higgs波色子却一直仍未发现。根据粒子物理的标准模型，粒子物理由62种基本粒子组成，在此前长达近半个世纪的探索中，人们已经找到61中基本粒子，但是Higgs粒子却很难在实验上发现。值得庆幸的是，今年7月4号，CERN发现了新的疑似Higgs粒子的亚原子粒子，这无疑给奋斗在粒子物理研究前沿的物理学家一剂强心剂。上帝粒子或将找到，标准模型的最后一块拼图也将完成。弱电统一理论的标准模型1958年美国物理学家费恩曼

3、和盖尔曼提出矢量流减轴矢量流理论。根据该理论，盖尔曼预言：类似于电磁相互作用中的磁性，弱相互作用中也应有弱“磁”性。1963年吴健雄从实验上证实了盖尔曼的预言，表明了该理论取得一定的成功。只需要一个耦合常数就可表征弱相互作用的各种过程，该理论也称为普适弱相互作用理论。后来，格拉肖、温伯格和萨拉姆在普适弱相互作用理论的基础上，洞察到了弱作用和电磁作用内在实质的同一性，根据Yang-Mill理论，先后提出弱作用和电磁作用具有统一性的思想，建立弱电统一理论。电磁作用是宇称守恒的，对应一维幺正对称群U(1)，弱作用是宇称不守恒的，对应二维幺模幺正对称群SU(2)。为了将两者统一起来，需要在

4、SU(2)L×U(1)群上描述弱电统一理论。SU(2)L×U(1)群有四个生成元，3个是SU(2)的，1个是U(1)的。这4个元对应于轻子所带有的4种弱荷及其生成的4种基本规范场、、、。4种基本规范场是传递物质场及其相应粒子相互作用的矢量场，它们使物质场（自旋为1/2的轻子和夸克对应的旋量场）和标量场（相应粒子的自旋量子数为0）的运动规律在SU(2)L×U(1)定域规范变换下保持不变。根据标准模型，Higgs标量场遍布整个自然界，4种基本规范场在与Higgs场的作用下两两重新组合。和组合成两种带电的中间矢量玻色子场和，它们和带电粒子构成弱带电流相耦合；和组合成电磁场和中性中间矢量玻

5、色子场，它们和弱带电流以及由中性粒子构成的弱中性流相耦合。标准模型将弱作用和电磁作用统一起来，这些力是通过力粒子作为媒介传播的，对电磁力来说是光子，对弱作用力来说是W和Z玻色子。Higgs玻色子的提出在Yang-Mill理论中，传递相互作用的是无质量的规范粒子。然而实验表明，传递弱作用的规范粒子（弱中间玻色子）应当具有较大质量，传递电磁作用的规范粒子（光子）应当是无质量的。这就要求存在能实现对称性自发破缺的理论满足实际的物理条件。1964年，英国物理学家Higgs在量子场论中引入真空对称性自发破缺的概念：Higgs场的场量为零时其能量不是最小；场量取某一不为零的量时场能最小。在一切

6、场的总能量都达到最小的物理真空态上，Higgs场的场量真空期望值在某个方向上不为零，物理真空偏离了一切场的场量为零的状态，从而不再具有SU(2)L×U(1)定域规范变换下的不变性，称为真空对称性自发破缺。Higgs场的场量子是自旋量子数为零的标量粒子，其中具有静质量的粒子称为Higgs粒子；没有静止质量的粒子称为高德斯通粒子。传递弱相互作用的中间玻色子W和Z在真空对称性自发破缺下与Higgs场发生相互作用。Higgs场的高德斯通粒子的波函数则转换成弱场和的纵向分量，相当于W和Z吸收了高德斯通粒子及其运动质量，从而获得很大的静质量。而电磁作用对应的U(1)规范对称性没有真空自发破缺现

7、象，不存在与之相互作用的Higgs场，因而电磁场的量子即光子无从获得静质量。Higgs粒子使得弱电统一理论得以自洽，并且经受住各种实验的检验。然而，对自然界是否真的有所谓的Higgs粒子，许多物理学家仍旧抱着审慎的态度。也有一些物理学家提出一些新的理论如五彩（technicolor）夸克模型和超对称理论，但这些理论都没能超越Higgs机制。因此，半个多世纪以来，物理学家们一直在苦苦找寻着Higgs粒子，试图揭开上帝的面纱。Higgs波色子的探测2012年7月4日，欧洲