科学探索|物理学的“圣杯”：希格斯玻色子的简史物理学的“圣杯”：希格斯玻

据New Atlas报道，本月是希格斯玻色子（Higgs boson）发现10周年，这是一个真正的科学“圣杯” 。此前科学家们追寻这种粒子已达近50年。但这种粒子究竟是什么，为什么它如此重要？在发现后的十年里，它教会了人们什么--更重要的是，在未来的十年里它能教会人们什么？

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粒子物理学的标准模型预测，宇宙是由12个基本物质粒子、4种基本自然力和最后一个将所有粒子联系在一起的粒子--希格斯玻色子组成的。长期以来，希格斯玻色子粒子都是“拼图”中最后缺失的一块，这是个问题，因为没有它，其余的部分就没有意义了。
它的存在在20世纪60年代首次由其英国科学家彼得·希格斯预测，并由弗朗索瓦·恩格勒特和罗伯特·布鲁特的团队独立预测。这些物理学家一直在努力回答基本粒子如何获得其质量的问题，并计算出这是在它们与弥漫在宇宙中的量子场相互作用时发生的。这个模型预测，所谓的希格斯场（Higgs field）也会产生自己的粒子，希格斯玻色子的概念由此诞生。
预测它是一回事，但真正找到它是另一回事。该模型表明，希格斯玻色子几乎会瞬间衰变为其他粒子，这给了科学家们一个观察它的非常小的窗口。更糟糕的是，该粒子的质量可能在10到1000GeV之间。因此，几十年来，人们一直认为这种搜索是不可能的。

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直到20世纪80年代，技术才最终跟上。物理学家们意识到，希格斯玻色子可以通过将粒子高速撞击在一起而产生，虽然它们会迅速消失，但通过观察产生的粒子，可以发现它们的特征，即希格斯可能衰变成的粒子。
即使有了一系列功率越来越大的粒子对撞机，希格斯玻色子在接下来的几十年里仍然没有被发现。不过，这并不是完全的失败--每一个无效的结果都有助于缩小可能的质量范围，因此在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）的早期，质量范围缩小到115至130 GeV之间。
人们的注意力特别集中在125GeV附近，LHC团队在那里注意到了与希格斯玻色子一致的过量事件。欧洲核子研究中心预计，到2012年底，这些数据将"肯定会给出一个答案"--一劳永逸地确认希格斯玻色子的存在或不存在。

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果然，2012年7月4日，粒子物理学家宣布了希格斯玻色子的历史性发现。来自欧洲核子研究中心的两个独立团队ATLAS和CMS的数据，在同一个结论上趋于一致--他们发现了一个质量约为125.3GeV的新粒子和其他一些类似希格斯玻色子的特性。
进一步的实验证实了这是人们长期寻找的希格斯玻色子，为彼得·希格斯和弗朗索瓦·恩格勒特赢得了2013年诺贝尔物理学奖。
尽管这一宣布在当时是令人兴奋的，但经常有报道说希格斯玻色子从那时起变得相当“无聊”，因为它并没有公布任何疯狂的新物理学。那么，在发现希格斯玻色子后的十年里，它都在做些什么？
【科学探索|物理学的“圣杯”：希格斯玻色子的简史】

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在最初的几年里，科学家们仔细研究了这种新粒子，以检查它是否具有标准模型所预测的所有属性。例如，它的自旋需要为零，而且它与粒子耦合的方式需要与它与反粒子耦合的方式完全相同。事实证明，两者都与模型的预期相符。