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第8章 微物之神希格斯玻色子(第11页)

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由于规范载力子必须服从局域规范对称性,因而载力子都是无质量的。

在宇宙大爆炸最初的超高能量条件下,可能会发生这种情况。

进入希格斯机制,这种情况下的希格斯场就比用墨西哥草帽描述的情况稍微复杂一点。

这就是所谓的具有4个分量的SU(2)状态,产生4个戈德斯通玻色子,或称希格斯子。

W+子、W-子和Z0子将其中3个玻色子吞噬,在这个过程中赋予它们质量(光子不参与这个过程,因而保持无质量状态)。

剩余的粒子则是具有内在质量的希格斯玻色子,彼得·希格斯在1964年8月预测了它的存在。

截至2012年7月,标准模型(即3种非引力的量子场论)中所有基本粒子的有力证据都在实验中被发现。

[159]这些基本粒子包括6种夸克,分别是上夸克、下夸克、粲夸克、奇异夸克、顶夸克和底夸克;6种轻子,即电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子和τ子中微子;以及12种载力子:其中,光子介导电磁力,W+子、W-子和Z0子传递弱核力,8种胶子传递强核力。

[4]

2012年7月4日,伦敦卫理公会中心大厅

在大厅舞台后面的屏幕显示欧洲核子研究中心的新闻发布会开始了。

实验室的主礼堂座无虚席,甚至比伦敦卫理公会中心大厅还拥挤。

巴特沃斯已经在回答热心记者的问题了,令他沮丧的是,他只能断断续续地从巨型屏幕上了解那边的实况。

在欧洲核子研究中心,ATLAS和CMS实验室的发言人法比奥拉·吉亚诺蒂(FabiolaGianotti)和乔·因肯德拉(JoeIndela)正在会议现场。

大型强子对撞机是有史以来最复杂的机器,填满了瑞士和法国边境下方长达27千米的圆形隧道。

该隧道与伦敦地铁的环线一样长,之前被大型正负电子对撞机(theLargeEle-Positroncollider,LEP)所占据。

大型正负电子对撞机的碰撞能量能够达到的强度是有限的,因为每当电子和正电子被加速时——当环绕在大型正负电子对撞机隧道周围的强大磁铁将正负电子的径迹弯曲成圆弧时——这些正负电子就会发射电磁辐射,从而削弱碰撞的能量。

然而,至关重要的是,这种同步辐射(synradiation)对轻粒子产生的影响比重粒子更明显。

事实上,这取决于粒子质量的负四次方,因此,比电子重2000倍的质子产生的同步辐射大约只有电子的10万亿分之一。

这就是为什么要用大型强子对撞机(LHC)替换隧道中的大型正负电子对撞机了。

(顺便说一句,强子是任何受到强核力作用的粒子。

大型强子对撞机的环形真空管道位于瑞士和法国之间距离地面100米的地下。

要强迫超高能质子沿这条环形管道运行,就需要用尽可能强的电磁铁来弯曲质子的径迹。

实际上,流过这些电磁线圈的电流能够达到12000安培。

如此高的电流自然会产生大量的热量,但是大型强子对撞机的1232个偏转磁体,每个长15米、重35吨,由特制的超导线圈制成,并由液态氦——世界上最好的制冷剂——冷却。

在零下271.3摄氏度,也就是仅比绝对零度高1.9开尔文的情况下,线圈对电流不产生任何阻力,保持超导状态,因此不会发热。

然而,在2008年9月10日的测试开始后不久,就在大型强子对撞机第一次注入质子束时,两个磁体之间的连接失去了超导性。

这导致了火花的产生,火花击穿了长达27千米的冷却容器——有史以来最大的冰箱——逸出的液态氦迅速气化膨胀发生爆炸,导致750米的磁环被损坏。

事故使该计划的进程推迟了一年多。

好在自2009年11月重启以来,大型强子对撞机一直运行顺利。

在ATLAS和CMS内部,质子之间以光速的99.9999991%发生碰撞,再现了宇宙诞生后1000亿分之一秒的瞬间——此时,大爆炸火球的温度约为1000万亿摄氏度。

严格来说,这种碰撞不是质子之间的碰撞,而是质子的构成粒子夸克和胶子之间的碰撞。

从碰撞的能量中产生了夸克和胶子的射流。

射流中产生了大量奇异粒子,这些奇异粒子在极短的时间之内就转化为更多的亚原子碎片。

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