第172章 非正常时间线“”。
林鸿叹道:天
上
白
玉
京
,
十
二
楼
五
城
。
仙
人
抚
我
顶
,
结
发
受
长
生
。
误
逐
世
间
乐
,
颇
穷
理
乱
情
。
九
十
六
圣
君
,
浮
云
挂
空
名
。
天
地
赌
一
掷
,
未
能
忘
战
争
。
试
涉
霸
王
略
,
将
期
轩
冕
荣
。
时
命
乃
大
谬
,
弃
之
海
上
行
。
学
剑
翻
自
哂
,
为
文
竟
何
成
。
剑
非
万
人
敌
,
文
窃
四
海
声
。
儿
戏
不
足
道
,
五
噫
出
西
京
。
临
当
欲
去
时
,
慷
慨
泪
沾
缨
。
叹
君
倜
傥
才
,
标
举
冠
群
英
。
开
筵
引
祖
帐
,
慰
此
远
徂
征
。
鞍
马
若
浮
云
,
送
余
骠
骑
亭
。
歌
钟
不
尽
意
,
白
日
落
昆
明
。
十
月
到
幽
州
,
戈
鋋
若
罗
星
。
君
王
弃
北
海
,
扫
地
借
长
鲸
。
呼
吸
走
百
川
,
燕
然
可
摧
倾
。
心
知
不
得
语
,
却
欲
栖
蓬
瀛
。
弯
弧
惧
天
狼
,
挟
矢
不
敢
张
。
揽
涕
黄
金
台
,
呼
天
哭
昭
王
。
无
人
贵
骏
骨
,
騄
耳
空
腾
骧
。
乐
毅
倘
再
生
,
于
今
亦
奔
亡
。
蹉
跎
不
得
意
,
驱
马
还
贵
乡
。
逢
君
听
弦
歌
,
肃
穆
坐
华
堂
。
百
里
独
太
古
,
陶
然
卧
羲
皇
。
征
乐
昌
乐
馆
,
开
筵
列
壶
觞
。
贤
豪
间
青
娥
,
对
烛
俨
成
行
。
醉
舞
纷
绮
席
,
清
歌
绕
飞
梁
。
欢
娱
未
终
朝
,
秩
满
归
咸
阳
。
祖
道
拥
万
人
,
供
帐
遥
相
望
。
一
别
隔
千
里
,
荣
枯
异
炎
凉
。
炎
凉
几
度
改
,
九
土
中
横
溃
。
汉
甲
连
胡
兵
,
沙
尘
暗
云
海
。
草
木
摇
杀
气
,
星
辰
无
光
彩
。
白
骨
成
丘
山
,
苍
生
竟
何
罪
。
函
关
壮
帝
居
,
国
命
悬
哥
舒
。
长
戟
三
十
万
,
开
门
纳
凶
渠
。
公
卿
如
犬
羊
,
忠
谠
醢
与
菹
。
二
圣
出
游
豫
,
两
京
遂
丘
墟
。
帝
子
许
专
征
,
秉
旄
控
强
楚
。
节
制
非
桓
文
,
军
师
拥
熊
虎
。
人
心
失
去
就
,
贼
势
腾
风
雨
。
惟
君
固
房
陵
,
诚
节
冠
终
古
。
仆
卧
香
炉
顶
,
餐
霞
漱
瑶
泉
。
门
开
九
江
转
,
枕
下
五
湖
连
。
半
夜
水
军
来
,
浔
阳
满
旌
旃
。
空
名
适
自
误
,
迫
胁
上
楼
船
。
徒
赐
五
百
金
,
弃
之
若
浮
烟
。
辞
官
不
受
赏
,
翻
谪
夜
郎
天
。
夜
郎
万
里
道
,
西
上
令
人
老
。
扫
荡
六
合
清
,
仍
为
负
霜
草
。
日
月
无
偏
照
,
何
由
诉
苍
昊
。
良
牧
称
神
明
,
深
仁
恤
交
道
。
一
忝
青
云
客
,
三
登
黄
鹤
楼
。
顾
惭
祢
处
士
,
虚
对
鹦
鹉
洲
。
樊
山
霸
气
尽
,
寥
落
天
地
秋
。
江
带
峨
眉
雪
,
川
横
三
峡
流
。
万
舸
此
中
来
,
连
帆
过
扬
州
。
送
此
万
里
目
,
旷
然
散
我
愁
。
纱
窗
倚
天
开
,
水
树
绿
如
发
。
窥
日
畏
衔
山
,
促
酒
喜
得
月
。
吴
娃
与
越
艳
,
窈
窕
夸
铅
红
。
呼
来
上
云
梯
,
含
笑
出
帘
栊
。
对
客
小
垂
手
,
罗
衣
舞
春
风
。
宾
跪
请
休
息
,
主
人
情
未
极
。
览
君
荆
山
作
,
江
鲍
堪
动
色
。
清
水
出
芙
蓉
,
天
然
去
雕
饰
。
逸
兴
横
素
襟
,
无
时
不
招
寻
。
朱
门
拥
虎
士
,
列
戟
何
森
森
。
剪
凿
竹
石
开
,
萦
流
涨
清
深
。
登
台
坐
水
阁
,
吐
论
多
英
音
。
片
辞
贵
白
璧
,
一
诺
轻
黄
金
。
谓
我
不
愧
君
,
青
鸟
明
丹
心
。
五
色
云
间
鹊
,
飞
鸣
天
上
来
。
传
闻
赦
书
至
,
却
放
夜
郎
回
。
暖
气
变
寒
谷
,
炎
烟
生
死
灰
。
君
登
凤
池
去
,
忽
弃
贾
生
才
。
桀
犬
尚
吠
尧
,
匈
奴
笑
千
秋
。
中
夜
四
五
叹
,
常
为
大
国
忧
。
旌
旆
夹
两
山
,
黄
河
当
中
流
。
连
鸡
不
得
进
,
饮
马
空
夷
犹
。
安
得
羿
善
射
,
一
箭
落
旄
头
。
译文
林鸿又道:“标准模型
在粒子物理学里,标准模型是一种被广泛接受的框架,可以描述强力、弱力及电磁力这三种基本力及组成所有物质的基本粒子。除了引力以外,标准模型可以合理解释这世界中的大多数物理现象。
早期的标准模型所倚赖的规范场论阐明,基本力是源自于规范不变性,是由规范玻色子来传递。规范场论严格规定,规范玻色子必须不带有质量,因此,传递电磁相互作用的规范玻色子(光子)不带有质量。
光子的质量的确经实验证实为零。借此类推,传递弱相互作用的规范玻色子(w玻色子、Z玻色子)应该不带有质量,可是实验证实w玻色子与Z玻色子的质量不为零,这显示出早期模型不够完善,因此须要建立特别机制来赋予w玻色子、Z玻色子它们所带有的质量。
希格斯机制的场能效
希格斯玻色子最早在1964年由彼得·希格斯和弗朗索瓦·恩格勒等在内的6位物理学家提出。希格斯玻色子能够利用自发对称性破缺来赋予基本粒子质量,同时又不会抵触到规范场论。这机制被称为希格斯机制,希格斯机制已被实验证实。但是,物理学者仍旧不清楚关于希格斯机制的诸多细节。[3]
这机制假定宇宙遍布着希格斯场,其能够与某些基本粒子相互作用,并且利用自发对称性破缺使得它们获得质量。相关理论在70年代被纳入粒子物理学的标准模型。
希格斯玻色子的衰变
希子是伴随着希格斯场的带质量玻色子,是希格斯场的量子激发。希格斯玻色子是在高能量的极端环境中的能量演变,并且伴随着衰变生成耦合粒子的对称,生成正负电子对撞的实粒子一种超对称性的超对称粒子耦合激发,正负电子对正反粒子耦合被称为‘马约拉纳费米子天使粒子’手征粒子,激发态是检验这一种粒子能动的谱能。不仅如此,希格斯机制也可被确认为基本无误。在那时期,虽然还没有任何直接证据可以证实希格斯粒子存在,由于希格斯机制所给出的准确预测,物理学者认为,希格斯机制极有可能正确无误。到了1980年代,希格斯粒子的存在与否已成为在粒子物理学里最重要的未解决的物理学问题之一。
标准模型明确指出,希子的存在很难证实。与其它粒子相比较,制造希子需要极大的碰撞能量,必须建造超级粒子加速器来提供这样大的能量,而且,每一次碰撞制造出其它粒子的可能性比制造出希子的可能性大很多,即使希子被制成,它也会非常迅速地衰变成别的粒子(平均寿命为1.56x10-22s),因此难以被检测到,只能倚靠辨认与分析衰变产物,才可推断出它们大概是源自于希子,而不是源自于其它粒子。此外,很多其它种衰变过程也会显示出类似的迹象,这使得寻找希子有如大海捞针。只有依靠先进的超级粒子加速器与精准的探测器,物理学者才可观测数之不尽的粒子碰撞事件,将获得的纪录数据加以分析,寻找出希子的蛛丝马迹,然后再进一步分析,计算希子存在的可能性,确定所得到的结果绝对不是来自偶发事件。
再华丽、再精致的理论,也需要通过实验加以证实,才会被正式接受,否则只能视为高谈大论。物理学者很希望能够证实希子是否存在。但是,早先从实验得到的数据只能让他们判别希子是否可能存在于某个质量值域。为了弥补这不足,欧洲核子研究组织在瑞士建成了大型强子对撞机(Lhc)。它是全世界最先进的粒子加速器。它的主要研究目标之一就是证实希子是否存在。
2013年,Lhc的物理学者已确定发现希子,这发现强烈支持某种希格斯场弥漫于空间。当今,Lhc仍旧在如火如荼地搜集数据,试图明白希格斯场的性质。
理论发展史
自1899年英国物理学家汤姆逊爵士发现电子开始,时至今日,在一个多世纪的时间里,人类一直孜孜不倦地探索着微观世界的奥秘。
物理学者认为物质是由基本粒子组成,这些基本粒子彼此之间相互影响的基本力有四种。根据规范场论,为了满足定域规范对称性,必须引入传递基本力的规范玻色子。特别而言,传递电磁力的规范玻色子就是光子。怎样才能够使得传递短程力的规范玻色子获得质量?物理学者在凝聚态物理学的超导理论里找到重要暗示。
1950年,苏联物理学者维塔利·金兹堡与列夫·郎道提出金兹堡-朗道理论,他们建议,在超导体里,弥漫着一种特别的场,能够使得光子获得有效质量,但他们并没有明确地描述这特别场。
1954年,杨振宁与罗伯特·米尔斯试图将这关于电磁力的点子延伸至其他种基本力,他们提出了杨-米尔斯理论,但是规范场论预测规范玻色子的质量必须为零,而零质量玻色子传递的是类似电磁力的长程力,不适用于像弱核力或强核力一类的短程力。
1957年,约翰·巴丁、利昂·库珀、约翰·施里弗共同创建了bcS理论,他们认为,由电子组成的库珀对,形成了这特别场。规范对称性被这特别场隐藏起来,因此造成自发对称性破缺──虽然对称性仍旧存在于描述这物理系统的方程,但是方程的某种解并不具有这对称性。
南部阳一郎于1960年将自发对称性破缺的概念引入粒子物理学。他建议,假定夸克与反夸克的质量为零,则生成它们的能量成本很低,如同电子们在超导体里凝聚为库珀对,它们会在真空里凝聚为夸克对,使得强相对作用的手征对称性被打破,夸克会因此获得质量。他又指出,在这机制里,还会出现一种新的零质量玻色子,即π介子,由于上夸克、下夸克的质量不等于零,π介子的实际质量不等于零,只是比其他种介子的质量都轻很多。1962年,杰福瑞·戈德斯通提出戈德斯通定理,对于这类零质量玻色子的性质给予描述。根据这定理,当连续对称性被自发打破后必会生成一种零质量玻色子,称为戈德斯通玻色子。带质量粒子比较难制成,粒子加速器必须使用很高的能量来碰撞制成带质量粒子。
零质量粒子案例跟重质量粒子案例不同,零质量粒子很容易制成,或者可从缺失能量或动量推测其存在。然而,事实并非如此,物理学者无法做实验找到其存在的任何蛛丝马迹,这事实意味着整个理论可能有瑕疵。1963年,菲利普·安德森发表论文指出,对于非相对论性的超导体案例,假若是规范对称性被打破,则不一定会出现戈德斯通玻色子,他进一步猜测,这机制应该可以加以延伸来处理相对论性案例,但他并没有明确地给出一个相对论性案例。这论述遭到未来诺贝尔化学奖得主沃特·吉尔伯特强烈反对。
1964年,弗朗索瓦·恩格勒和罗伯特·布绕特领先于8月,紧接着,彼得·希格斯于10月,随后,杰拉德·古拉尼、卡尔·哈庚和汤姆·基博尔于11月,这三个研究小组分别独立地发表论文,宣布研究出相对论性模型。古拉尼于1965年、希格斯于1966年、基博尔于1967年,又分别更进一步发表论文探讨这模型的性质。这三篇1964年论文共同表明,假若将局部规范不变性理论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。1967年,史蒂文·温伯格与阿卜杜勒·萨拉姆各自独立地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。温伯格指出,这过程应该也会使得费米子获得质量。
关于规范对称性的自发性破缺的这些划时代论文,最初并没有得到学术界的重视,因为大多数物理学者认为,非阿贝尔规范理论是个死胡同,无法被重整化。1971年,荷兰物理学者马丁纽斯·韦尔特曼与杰拉德·特·胡夫特发表了两篇论文,证明杨-米尔斯理论(一种非阿贝尔规范理论)可以被重整化,不论是对于零质量规范玻色子,还是对于带质量规范玻色子。自此以后,物理学者开始接受这些理论,正式将这些理论纳入主流。
从这些理论孕育出的电弱理论与改善后的标准模型,正确地预测了弱中性流、w玻色子、Z玻色子、顶夸克、粲夸克,并且准确地计算出其中一些粒子的性质与质量。很多在这领域给出重要贡献的物理学者后来都获得了诺贝尔物理学奖与其它享有声望的奖赏。发表于《现代物理评论》的一篇1974年文章表示,至今为止,这些理论推导出的答案符合实验结果,但是,这些理论到底是否正确仍旧无法确定。权威着作《希格斯狩猎者指南》的作者指明,标准模型拥有惊人的成功。现今,粒子物理学的核心问题就是了解希格斯区的相关理论。”