1964年,英國科學家彼得·希格斯提出了希格斯場的存在,并進而預言了希格斯玻色子的存在,假設出的希格斯玻色子是物質的質量之源,是電子和夸克等形成質量的基礎。有些科學家認為,盡管希格斯玻色子很小,但其或許并非最小的粒子,宇宙中可能還存在著其他更小的粒子,是這些粒子組成了玻色子。最近也有研究表明,這些被稱為“技夸克(techni-quarks)”的粒子很有可能潛伏在宇宙中。
丹麥南丹麥大學的粒子物理學家托馬斯·瑞特弗4月2日對美國趣味科學網站(相關報道)表示,要想找到這些組成希格斯玻色子的粒子,我們需要對目前世界上最大的粒子加速器——大型強子對撞機(LHC)進行升級或者研制下一代粒子對撞機才行。“經過仔細梳理,我們找出了幾個理論,可用來解釋希格斯粒子和希格斯機制。”
2012年,科學家們在LHC內發現了希格斯玻色子的“蹤跡”,這一重大發現也促使研究希格斯理論的希格斯和比利時科學家弗蘭西斯·恩格勒摘得2013年諾貝爾物理學獎的桂冠。
即使希格斯這樣的基本粒子也有一個未解之謎。
科學家們借用這一粒子來解釋為什么組成物質的基本粒子(比如夸克和電子等)擁有質量。然而,物理學研究表明,當在量子水平上觀察時,真空并非空無一物,而是充滿了起伏不定的“虛粒子”,虛粒子對不斷產生并快速湮滅。
瑞特弗解釋道,當希格斯粒子通過真空時,它們應該會同所有的虛粒子相互作用,并在此過程中,讓其質量增加到很大值,大約為其在LHC內測量質量的1017,因此,希格斯粒子此時的質量應該能與普朗克質量(約等于2.18×10-8千克)相當。瑞特弗說:“問題在于,為什么希格斯粒子的測量質量比普朗克質量少這么多呢?這真是個問題。”
因為這種質量增加沒有發生,所以,統轄粒子物理學的支配理論——標準模型需要進行更高程度的精調,才能糾正希格斯粒子的測量質量和更大質量之間的差異。
瑞特弗表示,這種精調就是我們所說的固有的問題,這也是物理學家們心頭的一根刺,“理論本身并不像我們所希望的那么完美優雅,從理論上來說,要想在最基礎的尺度上描述所有物質,我們需要對標準模型進行很多精調。”
為了不進行這種精調,而仍然能回答希格斯質量的問題,物理學家們提出對標準模型進行擴展和延伸,其中最著名的就是超對稱理論。這一理論認為,標準模型中的每個粒子都存在著一個質量更大的超級對稱粒子“超粒子(Sparticle)”。超粒子應該能抵消真空中虛粒子的影響,減少希格斯粒子的質量,從而使標準模型不再需要精調。但迄今為止,科學家們沒有發現任何理論上的超對稱粒子的“蛛絲馬跡”。
瑞特弗表示,有不少理論指出,希格斯粒子或許也有組成成分——它由其他更小的名為“技夸克”的粒子組成。瑞特弗說:“如果希格斯粒子由自然界中比其更小的‘磚塊’通過一種新的力——藝彩力(technicolor)組成,就像夸克結合在一起形成質子和中子一樣,那么,問題就迎刃而解了。”
那么,“技夸克”如何解決這個質量問題呢?瑞特弗說,技夸克粒子的自旋為1/2,因此,兩個技夸克集合在一起能形成像希格斯粒子這樣自旋為零的復合粒子,“研究結果表明,只有將技夸克考慮在內,才不會出現我們上述的質量問題。”
其實,自上世紀70年代末,就有人提出了這種涵蓋技夸克的想法,最近,科學家們對最初的模型進行了非常重要的梳理和提煉工作。
在最新研究中,瑞特弗和同事再一次認為,希格斯粒子必須擁有內部結構,而且,他們也找出了一些理論,“這些理論都很堅定地認為,希格斯粒子確實由某些基本成分組成,這些理論能很好地解決標準模型的精調問題,并讓亞原子世界進入和諧狀態。”
理論物理學家基莫·圖奧米寧并沒有參與瑞特弗的研究,他接受美國趣味科學網站采訪時表示,盡管希格斯粒子的結構仍然成謎,但“技夸克”是一種可能性,未來,我們應該對此進行更深入徹底的研究。
當萬眾矚目的LHC于2015年再次啟動時,它或許能以14TeV(萬億電子伏)的最大對撞能量進行對撞,從而對希格斯粒子的屬性進行深入細致地探測。
圖奧米寧說:“在更高對撞能量下收集到的數據或許能使我們對藝彩模型進行檢測,如果我們發現希格斯粒子確實由更基本的粒子組成,這或許表明存在著一種新的基本力,而且,這些理論也將加深和推進我們對于暗物質的理解。”
中國科學技術大學潘建偉、苑震生等與合作者,在超冷原子量子模擬實驗研究中取得重要進展。該團隊首次觀測到格點規范理論中的禁閉相與非禁閉相轉化的微觀動力學過程,為剖析復雜的量子多體現象提供了新的研究手段。近......
一、研究背景在供應鏈環境下,工業產品從生產到銷售以及售后服務的全過程需要由供應鏈網絡的成員企業共同完成,工業產品質量客觀上是由供應鏈網絡上全體成員共同保證和實現的,也就是說工業產品質量的形成和實現過程......
為加強藥品質量監管,保障公眾用藥安全,內蒙古自治區及盟市藥品監管部門按照年度抽檢計劃安排,對本行政區域內藥品生產經營和使用環節開展了藥品質量抽查檢驗,現將不符合規定藥品信息予以通告。對不符合規定藥品,......
國家藥監局關于發布仿制藥參比制劑目錄(第八十三批)的通告(2024年第37號)經國家藥品監督管理局仿制藥質量和療效一致性評價專家委員會審核確定,現發布仿制藥參比制劑目錄(第八十三批)。特此通告。國家藥......
近日,第十四屆全國粒子物理學術會議在青島召開。會議為期四天,由中國物理學會高能物理分會主辦、山東大學承辦。中國物理學會高能物理分會主任、中國科學院院士王貽芳,中國物理學會高能物理分會副主任、中國科學院......
在美國唯一的專門的粒子物理實驗室費米國家加速器實驗室(以下簡稱費米實驗室),糾紛有愈演愈烈之勢。據《科學》報道,由于預算問題,它將在8月的最后一周讓大多數員工休假或無薪休假。與此同時,對實驗室的不滿情......
生態環境部近日向媒體通報了2024年7月全國環境空氣質量狀況。一、總體情況7月,全國339個地級及以上城市PM2.5平均濃度為16微克/立方米,同比上升6.7%;PM10平均濃度為29微克/立方米,同......
7月26-27日,2024第五屆QbD生物藥質量科學大會在北京成功召開!本次會議由中國食品藥品企業質量安全促進會指導,佰傲谷BioValley主辦,蓬勃生物協辦,美國華人生物醫藥科技協會(CBA)支持......
7月26日,2024第五屆QbD生物藥質量科學大會在北京盛大開幕。大會圍繞“創新破局,“質”在必行”的主題,聚焦于創新生物藥物的質量控制、分析方法和相關法規等關鍵領域。此次盛會由中國食品藥品企業質量安......
ATLAS探測器。圖片來源:ATLAS實驗官網科技日報北京7月18日電(記者劉霞)借助大型強子對撞機(LHC)上緊湊繆子線圈(CMS)合作組和超環面儀器實驗(ATLAS)合作組獨立測得的15個不同的結......