希格斯粒子系列 - 从BCS到Higgs
本文来自第九阅览室https://www.360docs.net/doc/2a9809326.html,
平常“高高在上”的粒子物理，有时也会向研究低能量现象的凝态物理取经。
耗资数十亿美元、位于日内瓦的大型强子对撞机（LHC）启动，这是物理学界的大事。未来一旦LHC捕捉到物理学家期盼已久的希格斯（Higgs）粒子，必然是轰动全球的报纸头版新闻。就算LHC没有找到希格斯粒子，如果发现其他东西，也一样会是超级大新闻。总之未来一阵子，大家一定会持续遇上希格斯这三个字。
位于日内瓦的大型强子对撞机LHC（图片来源：flickr@delaere）
有人抱怨过科学名词如果涉及人名，十有八九是不公平的。这种讲法或许太过夸张，不过希格斯（Peter W. Higgs）先生的确不是首先、也不是唯一提出所谓“希格斯机制”的物理学家。如果我们要列出对于希格斯机制有重要贡献的物理学家，在希格斯之外，名单起码还要包括：金兹柏格（Vitaly L. Ginzburg）、蓝道（Lev D. Landau）、施温格（Julian Schwinger）、安德森（Philip Anderson）、高德史东（Jeffrey Goldstone）、南部阳一郎（Yoichiro Nambu）、布绕特（Robert Brout）、翁勒（Francois Englert）
等人。事实上，2004年的沃尔夫奖（Wolf Prize）除了希格斯，还颁给布绕特与翁勒，以表扬三人在1964年对于“产生规范粒子质量机制”的“先驱工作”。我想希格斯的名字之所以能够“脱颖而出”，主因是希格斯的论文非常清楚易读，才占了便宜。
希格斯曾在一场回顾粒子物理历史的会议上说，他对于自发对称破缺（spontaneous symmetry breaking）的兴趣起于南部阳一郎在1961年发表的一篇文章。南部在这篇文章中提出了一个场论模型，一方面可以说明质子、中子如何获得质量，又可以解释π介子的质量为何比质子的质量小很多。南部的模型是粒子物理的里程碑之一，影响极大，我一向认为南部应该为此获得诺贝尔物理奖。
南部也在同一场会议中回顾他的工作，他说自己对于自发对称破缺的认识来自于BCS超导体理论。这个理论是巴丁（John Bardeen）、古柏（Leon Copper）、施里弗（John Robert Schrieffer）等师徒三人在1957年所提出的，它破解了困惑众多物理高手40多年的超导体之谜。BCS三人的贡献，具体地讲，就在于提出了一个极巧妙的波函数来描述超导体中电子的行为。南部说施里弗在BCS文章发表之前，曾到南部任教的美国芝加哥大学演讲他们的新理论，当时施里弗还只是研究生，而他被施里弗所说的吓住了。
BCS理论震撼南部的地方，在于BCS波函数破坏了规范对称，简单一点讲，在BCS波函数中，电子的数目并不是固定守恒的。南部觉得BCS这么做有违物理基本原则，令他“坐立难安”。施里弗拿到博士学位后到芝加哥大学任助理教授，南部有机会常与他讨论。最后南部弄清楚了BCS理论与自发对称破缺的关系，并体认到在自发对称破缺的理论中，一定会存在着无质量的粒子。（前面提到的高德史东也发现了这件事，所以我们今天称来自自发失称的无质量粒子为“南部–高德史东粒子”。）南部进一步猜测π介子的质量之所以比质子的质量小很多，理由便是π介子在本质上即为自发对称破缺下的无质量粒子，因此才在1961年提出他著名的模型，从而影响了希格斯。
虽然说在自发对称破缺的理论中，一定会存在着无质量的“南部–高德史东粒子”，可是超导体内其实并没有这种粒子，为什么？原因就在于这些“南部–高德史东粒子”会与超导体内的规范粒子结合成带质量的向量粒子。所谓的希格斯机制就是在描述这种情况。一旦我们将希格斯机制用于弱交互作用，这意味
着我们将真空也看成是一种超导体，这便是有人说宇宙是一种奇异超导体的缘故。
在南部之外，前面述及的安德森、高德史东、布绕特、翁勒等人也都是深刻了解BCS理论的专家。希格斯机制让我们看到平常“高高在上”的粒子物理，有时也会向研究低能量现象的凝态物理取经。
CERN或发现两个上帝粒子 将彻底改变物理学
CERN或发现两个上帝粒子将彻底改变物理学 双重读数：CERN提供的图表中蓝色的图显示了1235亿电子伏特信号，而红色图表显示1265亿电子伏特信号。该发现被大型强子对撞机的物理学家进一步证实。 英国每日邮报报道，今年夏天科学家宣称他们可能发现了希格斯玻色子，也即上帝粒子。而最近，研究这些数据的科学家称他们发现的可能是两种未知的粒子。欧洲核子研究组织(CERN)进行的超环面仪器实验的最新结果显示，最终数据包含两个清晰的峰值，这暗示着新粒子的存在。科学家似乎发现了一个带有特定质量的希格斯玻色子，以及另一个从统计学角度称质量稍微更大的粒子。 1964年科学家首次提出希格斯玻色子是标准模型中最后缺失的一部分，该模型是被广泛接受的描述宇宙基本构建单元的理论。根据该理论模型，希格斯玻色子必须存在从而赋予其它基本粒子质量。然而，在能够建造类似大型强子对撞机这样的高性能对撞机之前，这种粒子几乎无法检测到。
大型强子对撞机中粒子相互撞击的图示：科学家希望借此能够最终证明物理学标准模型。 CERN的研究学者今年7月宣布他们认为他们的实验最终发现了希格斯玻色子。然而科普杂志《科学美国人》解释，他们的发现还并不完全确定。科学家发现的希格斯玻色子似乎正在以远比他们预期更为频繁的频率衰变成两个光子——这 暗示着这背后存在一种新的但却之前没有设想到的物理学。 上周，参与该项目超环面仪器实验的科学家最终承认了他们获得数据的怪异暗示——似乎存在的不是一个希格斯玻色子，而是两个。实验发现存在一个质量为123.5千兆电子伏特（粒子物理学家用于测量质量的单位）的希格斯玻色子，以及第二个质量为126.6千兆电子伏特的希格斯玻色子。 《科学美国人》报告描述了超环面仪器实验的科学家小组在过去的一个月是如何试图找出他们在分析中是否犯了任何 错误。而到目前为止一无所获，这就暗示着一种可能性，也即的确可能存在两个希格斯玻色子。 这种异常结果可能是由统计标志造成的，随着进一步数据的收集可能不会再重复出现。但可以肯定的是，存在标准模型
近代发现史上人类智慧最伟大的成就之一希格斯玻色子的发现及其科学意义
世界科学２０１２． ８●自从首次预测希格斯粒子存在的50年 以来，科学家终于宣布，世界上最期望已久的粒子终于在大型强子对撞机上被检测到。在瑞士日内瓦附近欧洲核子研究中心（CERN ）的礼堂内，充满了经久不息的热烈掌声、口哨声和欢呼声。这一突破意味着解释所有已知粒子以及作用于它们的各种力的粒子物理学标准模型，可望得以完成。 发现希格斯玻色子！ 欧洲核子研究中心（CERN ）负责人7月4日宣布，质量约为125至126GeV 的希格斯玻色子分别在大型强子对撞机（LHC ）上的CMS 和ATLAS 子探测器上被发现，确定性水平，或者说标准偏差分别为5西格玛。即使按照粒子物理学家的严格标准，从统计学的角度来看，也足可以认定这种粒子已被发现。“我认为我们已经发现了它，”CERN 总干事罗尔夫· 霍耶尔（Rolf Heuer ）在当地时间上午9时开始的久已期盼的新闻发布会即将结束时宣布道。 CMS 项目组的乔·英卡代拉（Joe Incan -dela ）和ATLAS 项目组的法比奥拉·贾诺蒂 （Fabiola Gianotti ）报告称发现了质量约为 125至126GeV 的希格斯玻色子，并达到5 西格玛的标准偏差。这一结果与去年12月这两个项目组宣布的在统计学意义上稍逊的发现希格斯粒子“迹象”的报告大致相同。 3日晚约11时，人们就开始井然有序地 进入礼堂所在地，并在外露营休息，而于4日 早上才开始排队准备进入的许多人，却因人 满为患而被拒绝进入。之前的几天里，各种传 言、小道消息和炒作满天飞舞，但事实上，发现希格斯粒子几乎是可以肯定的，所以结果并不令人意外。人们有信心相信，一定会是如预期的最好结果。 希格斯玻色子赋予所有基本粒子以质量，是所有物质存在的基础，是希格斯场的最基本单位。希格斯场是一种包罗万象的实体，所有粒子都从中通过。有些粒子，如光子，可以不受阻碍地从中通过，它们是无质量的。而其他一些粒子则更像被困糖浆中的蝇子一样必须用力才能通过。希格斯粒子及希格斯场是标准物理模型中所不可或缺的，但在7月 4日宣布其发现之前，一直未被确定检测到。 新闻发布会上群情激奋，气氛热烈，最早预测希格斯玻色子存在的彼得·希格斯（Peter Higgs ，1964年希格斯玻色子以他的名字命名）也出席了这次新闻发布会，他心情激动地称此发现为“在我有生之年发生的最令人激动的事情。” “这种质量的标准模式玻色子非常好，”贾诺蒂说道，“因为我们可以测量它，感谢大自然。” 近代发现史上人类智慧最伟大的成就之一 方宇宁 希格斯 玻色子 的发现及其科学意义欧洲核子研究中心计算机捕捉到一个典型的希格斯玻色子候选事件‖专稿‖ 4
希格斯波色子
复旦大学物理系教授吴咏时 什么是希格斯玻色子 希格斯玻色子是物理学标准模型当中最后一个待发现的粒子。7月4日欧洲核子研究中心（C ERN）的科学家宣布，在寻找希格斯玻色子的过程中，他们发现了一个新粒子，与希格斯玻色子有吻合之处。一般认为，大约要到今年年底，才有可能确认它是否真是希格斯玻色子。 标准模型是我们当前人类对自然界的一个基本物理理论。它告诉我们自然界4种力中的3个电磁力、强力和弱力是如何发挥和实现作用的。 标准模型的理论分成两部分，一部分是“杨振宁－米尔斯规范场理论”（Yang-Mills Gauge Theory），在强相互作用和电磁相互作用中，杨－米理论是发挥作用的，但在弱相互作用中，杨振宁－米尔斯规范场理论要发挥作用还需要希格斯玻色子的配合。理论上，希格斯玻色子将为杨－米理论中传递弱相互作用的粒子赋予质量，使得弱力成为短程力，符合实验的结果。 这种质量赋予是怎样进行的呢？真空中希格斯玻色子的场可以处于一个非常特殊的状态，理论上叫做凝聚态，打个比方就像稀糖浆或者蜜糖这样的状态。当别的粒子经过这个“稀糖”时，也就是经过希格斯玻色子场的这个凝聚态时，就获得了质量。（实际上，每种玻色子总和一定的场相对应。） 总而言之，希格斯玻色子本身有3个极其重要的理论意义：一是它是标准模型中的最后一个待发现的粒子；二是它给杨振宁－米尔斯规范场理论中传递弱相互作用的粒子赋予了质量；此外呢，实际上，希格斯玻色子给几乎所有的基本粒子以质量，除了传递电磁相互作用的光子和传递强相互作用的胶子。 发现希格斯玻色子的重要学术与现实意义
迄今为止，物理学的标准模型的分成两个部分，一个就是杨振宁－米尔斯规范场理论，另一个就是与希格斯玻色子有关的对称性破缺的理论。杨振宁－米尔斯理论在理论上是相当完美的，它能给我们很多确定的预言，而且很多都被相当精密的实验所证实。与之相比，希格斯玻色子相关的理论虽然在定性上非常重要，但是在定量上还很不完善，很不成熟。因此，如果希格斯玻色子被发现，第一个重要意义实际上就是在希格斯相关理论的定量研究上促进了物理学标准模型的完善和发展。 现有的理论对希格斯玻色子的质量完全不能预言。这次欧洲科学家发现的新粒子，它的质量约为氢原子核的133倍，如果将来证实它确是希格斯玻色子，这就是一个很重要的结果。这个结果为我们将来研究基本粒子理论提供了指导性的方向。例如，在众多的未来需要探索的问题中，一个可能的方向就是，研究为什么有一种玻色子（甚或就是希格斯玻色子），它的质量是氢原子核的133倍。 第二个重要意义，这次进展使得标准模型有关希格斯玻色子的部分，可能通过理论和实验在研究上进一步完善。现在有关希格斯玻色子的研究，定性方面有了一定的基础，但定量还基本没有。物理学的研究，不仅仅满足于定性的研究，还要探索定量的研究，而且是非常精确的定量研究，定量是越准确越好，使得科学知识达到准确、精密的程度。 另外一个重要的理论意义，是对未来宇宙早期演化的研究具有重要的推动作用。也就是说，希格斯玻色子的研究不仅能促进我们对微观世界的理解，也能促进我们对宇观尺度的理解。这也是基础物理学里一个很有趣的现象——极小尺度的现象与极大尺度的现象具有一些微妙的连接。比如说，早期宇宙某个时段的能量标度和我们现在加速器上微观粒子的能量标度是接近的（注：现在的宇宙由于自身膨胀、能量衰减，其能标已经很低了）。这次发现的新粒子的质量是氢原子核的133倍，如果证实是希格斯玻色子，这就是进一步开展研究的重要的能量标度。 从现实意义上说，我有一个这样的看法：好像是一个艺术家，做出了一个很完美的艺术品，这也许和我们日常生活，吃、喝、用，不见得有什么直接联系；但是，在精神上，在科学的理解上，满足了大家的好奇心和对真知的追求，如同我们对艺术审美的需求一样。 这次的科学进展，使我们在寻找希格斯玻色子的征途上又前进了一大步，使人们知道以前的标准模型在希格斯玻色子这一块定性的想法看来还是很不错的。随着研究深入和完善，将来物理学的标准模型将进一步完善，这将使得人类对自然界的认识登上一个新的高峰、铸就一个新的里程碑。 CERN发现的重要价值 此次，欧洲核子研究中心（CERN）学术会上公布的最新的科学研究成果，有几个十分重大的价值、重要的进展：
希格斯玻色子解读
希格斯说希格斯玻色子将很快被发现 据新华社日内瓦2008年4月12日电在40多年前预言了希格斯玻色子存在的英国物理学家彼得·希格斯，日前在参观欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）时对媒体说：“几乎可以确定，很快就可以发现希格斯玻色子。” 希格斯玻色子被认为是物质的质量之源，它是“标准模型”这一粒子物理学理论中最后一种未被证实的粒子，但是它的存在却是整个“标准模型”的基石。 因此，它被称为粒子物理学的“圣杯”，也被称为“上帝粒子”，充满了神秘色彩。 自从希格斯预言这一粒子存在以来，科学家们就一直试图在实验中发现该粒子从而证实其存在，但至今所有努力均告失败。 于2003年开始兴建的欧洲大型强子对撞机位于法国和瑞士边境地区地下100米深、约27公里长的环形隧道中，耗资总计约20亿美元，预计将于今年6月正式开始运行。届时，它将凭借能使单束粒子流能量达到7万亿电子伏特而成为世界上能级最高的对撞机。科学家普遍期望在这一对撞机的帮助下，能够在前所未有的对撞能量下取得包括发现希格斯玻色子在内的新发现。 不过希格斯认为，发现希格斯玻色子未必一定需要大型强子对撞机的帮助。他说，迄今已运行多年的美国费米实验室的万亿电子伏特加速器（Tevatron）可能已经获得了希格斯玻色子存在的数据，“这是可能的……希格斯玻色子的身影可能已存在于他们获得的数据中了，只是还没有从数据分析中找到而已”。 新闻资料 粒子物理学的“圣杯”——希格斯玻色子 人们早已发现，自然界中物体之间千差万别的相互作用，可以简单划分为4种力：即引力、电磁力、维持原子核的强作用力和产生放射衰变的弱作用力。在爱因斯坦的相对论解决了重力问题后，人们开始尝试建立一个统一的模型，以期解释通过后3种力相互作用的所有粒子。 经过长期研究和探索，科学家们建立起被称为“标准模型”的粒子物理学理论，它把基本粒子（构成物质的亚原子结构）分成3大类：夸克、轻子与玻色子。“标准模型”的出现，使得各种粒子如万鸟归林般拥有了一个共同的“家园”。但是这一“家园”有个致命缺陷，那就是该模型无法解释物质质量的来源。 为了修补上述理论大厦的缺陷，英国科学家彼得·希格斯提出了希格斯场的存在，并进而预言了希格斯玻色子的存在。假设出的希格斯玻色子是物质的质量之源，是电子和夸克等形成质量的基础。其他粒子在希格斯玻色子构成的“海洋”中游弋，受其作用而产生惯性，最终才有了质量。尔后所有的粒子在除引力外的另3种力的框架中相互作用，统一于“标准模型”之下，构筑成大千世界。 “标准模型”预言了62种基本粒子的存在，这些粒子基本都已被实验所证实，而希格斯玻色子是最后一种未被发现的基本粒子。因此，寻找该粒子，被比喻为寻找粒子物理学领域的“圣杯”。
聚合物引发剂
聚合物引发剂、选择及影响因素 引发剂是乳液聚合的重要组分之一，其种类和用量等影响产品的性能质量。常用的引发剂有自由基聚合引发剂、阳离子聚合引发剂、阴离子聚合引发剂和配位聚合引发剂。乳液聚合中常用的为自由基聚合引发剂，它可分为不同种类。 1乳液聚合引发剂的种类 1. 1偶氮类引发剂 偶氮类引发剂是指分子中含有偶氮基的一类化合物，有偶氮二异丁睛引发剂和偶氮二异庚睛引发剂。偶氮二异丁睛是常用的引发剂，一般在45 9C-- 65℃使用，热分解只产生一种自由基，该引发剂分解为一级反应，比较稳定。一般在低于80℃条件下使用较好，因为超过80℃就会激烈分解。偶氮类化合物作引发剂与过氧化物相比有很多优点，它氧化能力小，在50℃一80℃能以适宜的速度分解，其分解速度受溶剂影响较小，无诱导分解，碰撞时也不会爆炸，产品易提纯，价格便宜。 1. 2有机过氧类引发剂 有机过氧化物分子中存在过氧弱键，可理解为过氧化氢的衍生物。其中一个氢原子被取代的称氢过氧化物，两个氢被取代的称过氧化物。该类引发剂按结构与性能特点常分成以下几类。 1. 2. 1氢过氧化物引发剂 常见的有异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢两种，过氧化氢是过氧化物的母体。过氧化物分解后，形成两个氢自由基。该类过氧化物活化能都很高，可用于高温体系中，一般很少单独使用，可与还原剂配合使用构成氧化一还原引发体系，用于室温或低温聚合体系，该类引发剂可按不同方式分解。 1.2.2过氧化二酰类 二酰基过氧化物分解时，一般按两步进行，首先分解成酰氧白由基，若单独存在则引发反应，若不单独存在则进一步分解，生成稳定的碳自由基。苯甲酰(BPO)是常见的过氧化引发剂，分子中0-0键的电子云密度大而相互排斥，容易断裂，一般在60- 80℃分解。它第一步均裂成苯甲酰自由基，第二步分解成苯自由基，并放出CO2，但分解不 完全。二酰基过氧化物引发剂活性较高，活性与其结构关系很大。芳酰类比较稳定，酯酰类活性较大，其a一H越少活性越大，不对称二酰过氧化物的活性更高，一般不单独使用。 1.2.3其它过氧类 包括过氧化二烷类和过氧化二碳酸酯类等。过氧化二烷类有过氧化二异丙苯和过氧化二叔丁基，活性比氢过氧化物高，属低偏中活性引发剂。过氧化二碳酸酯类过氧化物是一类高活性过氧化物，稳定性差，该类过氧化物的特点是烃基结构对其活性影响较小，并存在溶剂效应。 1. 3氧化一还原引发剂 氧化一还原组分是由组成它的氧化剂和还原剂之间发生氧化还原反应而产生能引发的自由基，这类引发剂称为氧化一还原体系。该类引发剂特点是活化能较低，可在低温下引发聚合，而有较快的聚合速率。这类引发剂包括水溶性引发剂和油溶性引发剂。 1. 3. 1水溶性引发剂 这类引发剂体系的氧化剂有过氧化氢、过硫酸盐、氢过氧化物等，还原剂有硫酸亚铁，亚硫酸钠等无机物和醇、胺、草酸和葡萄糖过氧化氢等有机化合物。过氧化氢、过硫酸盐、氢过氧化物与亚铁盐组成氧化一还原体系后，活化能减小，可在较低的温度下引发聚合。高锰酸钾或草酸不能单独做引发剂，但两者混合后可作为引发剂。 1.3.2油溶性氧化一还原引发剂 这类引发剂的氧化剂有氢过氧化物、过氧化二烷基、过氧化二酰基等，用做还原剂的有叔胺、环烷酸盐、硫醇及有机金属化合物等，其中过氧化苯甲酰是常用的引发剂。近年来出现了一些锌、硼、铝等有机化合物与氧配合组成的低氧化一还原引发体系，另外还有过渡金属碳基
规范玻色子路线
规范玻色子路线： 基本粒子的标准模型示意图 规范场理论：又称杨-米尔斯（Yang-Mills）理论，是研究自然界四种相互作用（电磁、弱、强、引力）的基本理论，是由物理学家杨振宁和R.L.米尔斯在1954年首先提出来的。理论提出相互作用通过交换规范玻色子传递。利用它所建立的弱相互作用和电磁相互作用的统一理论，已经为实验所证实，特别是这理论所预言的传播弱相互作用的中间玻色子，已经在实验中发现。杨－米尔斯理论又为研究强子（参与强相互作用的基本粒子）的结构提供了有力的工具。在某种意义上说，引力场也是一种规范场。所以这一理论在物理中的作用非常重要。
自发对称破缺机制：在粒子物理学里，描述基本粒子的方程可能遵守某种对称性，可是方程的解并不能满足这对称性。由于物理学者并未找到任何外在因素涉及到场方程的对称性破缺，这现象称为“自发”对称性破缺。在粒子物理中，有手征对称性破缺和希格斯机制。利用自发对称性破缺机制，从零质量粒子的理论中去得到带质量的粒子，也使杨-米尔斯理论的重要性显现出来(最初杨振宁与罗伯特·米尔斯解释强相互作用的构想由于杨-米尔斯理论的量子必须质量为零以维持规范不变性并不成功)。2008年，诺贝尔物理学奖给三位日裔物理学者： 芝加哥大学的南部阳一郎、高能加速器研究机构的小林诚、京都大学基础物理学研究所的益川敏英，赞赏他们在亚原子物理领域对于对称性破缺的研究成果。 弱电统一理论：1968年S.温伯格（Steven Weinberg ）A.萨拉姆(Abdus Salam)在S.L.格 拉肖(Sheldon Lee Glashow)电弱统一模型的基 础上建立了电弱统一的完善理论，理论中认为 电磁作用和弱作用是统一的相互作用。其中须 引入4种规范场，有4 种规范粒子，一种是光 对称性破缺的形象解释：墨西哥帽势能函数：对于绕着 帽子中心轴的旋转，帽顶具有旋转对称性，帽子谷底的 任意位置不具有旋转对称性，在帽子谷底的任意位置会 出现对称性破缺。 Steven Weinberg
解读2013年诺贝尔物理学奖：什么是希格斯粒子
解读2013年诺贝尔物理学奖：什么是希格斯粒子 这是欧洲核子中心大型强子对撞机的ATLAS探测器获得了数据的模拟粒子路径图。希格斯玻色子是当两个质子以14TeV的极高能级相撞时产生的，此后它会迅速衰变为4个μ子，这是一种不会被探测装置吸收的大质量电子。这一图像中，μ子的运行路径用黄色线标示。 根据这一理论，在宇宙大爆炸之后，一种看不见的力，即希格斯场和与之相对应的粒子——希格斯-玻色子一同形成。正是这个场赋予其它基本粒子以质量的属性。 为何这一粒子如此重要？ 希格斯场赋予整个宇宙中其它粒子以质量的方式可以用游泳者在水池中受到的水的阻力来做比喻。如果粒子没有质量，它们便可以在宇宙中以光速前进，因为质量的本质便是对物体改变其速度的制约性。 这种粒子最早是什么时候被提出来的？ 有关这一粒子的理论最早是在1964年由6位物理学家共同提出来的，其中就包括英国爱丁堡的皮特?希格斯(Peter Higgs)教授。他们当时提出这一粒子的目的就是为了解释质量的起源。
理论上，这一粒子的存在将正好补全描述整个宇宙如何运行的物理学标准模型的缺陷，因此它便显得尤其重要。 如何对其进行搜寻？ 欧洲核子中心的大型强子对撞机(LHC)是人类有史以来建造的最强大的粒子加速器，它的工作原理是将两束质子流以接近光速的速度迎头相撞，在此过程中得到其它粒子。 在1989年至2000年之间，科学家们也曾使用同样位于欧洲核子中心的另一台加速器LEP进行搜寻工作，而由于经费不足被关停之前，美国的Tevatron加速器也进行过对这一神秘粒子的搜寻工作。 科学家们如何能知道自己究竟是否发现了这样的粒子呢？ 如果在LHC加速器中进行的数以十亿计的对撞实验中真的产生了希格斯- 玻色子，根据预测，它应当是不稳定的，会迅速衰变为更加稳定，质量更小的粒子。物理学家们需要对这些衰变产物进行分析，并且通过分析来推断这种被称为“上帝粒子”的神秘粒子是否存在。在分析过程中，希格斯粒子是否存在会从数据图形的峰值中体现出来。 六点重大影响： 1. 揭开质量起源之谜 物体的质量是怎么来的？这个问题一直困扰物理学界，而希格斯玻色子恰恰被认为与宇宙中一切物体的质量起源有关。希格斯玻色子与一种场有关，那就是所谓的希格斯场，理论上认为这种场充斥着整个宇宙。当宇宙中的其它粒子在这一场中运行时便获得了质量的属性。这就有点像是大家都在一个游泳池里游泳，然后身上都会被打湿，在这里，被水打湿就像是物体获得质量一样。 美国哈佛大学物理学家杰奥?哥斯达(Joao Guimaraes da Costa)表示：“希格斯粒子的机制让我们能够理解粒子获得质量的途径和方式。”哥斯达是去年欧洲核子中心宣布疑似希格斯粒子发现时，大型强子对撞机(LHC)所属ATLAS探测器设备的标准模型召集人。他说：“如果没有这种机制，那么所有的一切物体都将失去质量。” 确认此次发现的粒子确实是希格斯粒子将证明我们设想的粒子获得质量属性的方式是正确的。美国加州理工学院物理学教授玛利亚?斯皮罗普鲁 (Maria Spiropulu)表示：“这项发现从量子层面支持了我们对于质量来源的看法，而这正是我们当初建造大型强子对撞机的目的。这是一项无与伦比的成就。” 而后，这将进一步为一个更深层次的问题提供解决的线索，那就是：为什么这些粒子拥有这一质量数值？这个值是如何确定的？对此，哈佛大学物理学家丽萨?兰德尔(Lisa Randall)表示：“这是一个大得多的问题。确认这的确是希
“上帝粒子”对人类意味着什么
“上帝粒子”对人类意味着什么 科学家宣布发现“上帝粒子”的存在意味着，科学家解释世界的一种假说将有可能得到证实。 要理解“上帝粒子”，不妨回忆一下牛顿发现万有引力定律的故事。尽管研究人员已经证明，苹果并没有砸中牛顿脑袋，但是牛顿却看见了一个苹果掉了下来。牛顿思考的是，为什么苹果会垂直地掉到地上？一定是有什么在拉它，比如是地球的引力在拉它。而地球拉苹果说明苹果是有质量的。 那么，物体的质量从何而来？在牛顿故去后的400年，英国爱丁堡大学物理学家希格斯猜想：有一种粒子赋予其他粒子质量。他于1964年提出，在137亿年前的大爆炸中，希格斯粒子使物质得到质量，万有引力则将质量变成重量，使恒星和行星都得以诞生，最终孕育生命。如此，也解释了为何苹果会掉到地上。 “上帝粒子”只不过是科学家用以解释世界的一种理论或假说。过去，科学家已经指出，支配物质运动的不仅仅有我们日常生活中能够感受到的重力和电磁力，还有我们日常生活中无法感受的“强力”和“弱力”。 20世纪60年代，物理学家们构造出了一个标准模型来解释世界，标准模型主要描述了强力、弱力及电磁力这三种基本力以及所有基本粒子的构成机制。标准模型预言有61个基本粒子，其中有60个都已经得到了实验数据的支持与验证，现在人们也已听到最后的一个基本粒子——希格斯粒子的脚步声。 如果发现或找到了这种粒子，那就意味着质量是物质与希格斯粒子的相互作用的结果。但是，即便科学家找到了“上帝粒子”也并不意味着世界获得圆满解释。因为科学家说，组成我们生活的世界是由物质和暗物质构成的，而标准模型只能解释4%的宇宙，占宇宙质量96%的暗物质仍然得不到解释。 当然，如果现在科学家听到的“脚步声”并非希格斯粒子的声音，那么，解释世界就可能会有另外的假说，而且这样的假说也未必不能解释世界。例如，在太空，苹果是不会掉下的，只是在空间飘浮。这或许与希格斯粒子无关。宇宙和我们生存的世界一直存在，只是科学家们现在尚无法圆满解释这个世界而已。
希格斯玻色子概述
希格斯玻色子 希格斯玻色子 希格斯玻色子（或称希格斯粒子、希格斯子Higgs boson）是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子，至今尚未在实验中观察到。它也是标准模型中最后一种未被发现的粒子。物理学家希格斯提出了希格斯机制。在此机制中，希格斯场引起自发对称性破缺，并将质量赋予规范传播子和费米子。希格斯粒子是希格斯场的场量子化激发，它通过自相互作用而获得质量。2012年7月2日，美国能源部下属的费米国家加速器实验室宣布，该实验室最新数据接近证明被称为―上帝粒子‖的希格斯玻色子的存在。 标准模型给出了自然界四种相互作用中的电磁相互作用和弱相互作用的统一描述，但是在能量低于一定条件后，电磁相互作用和弱相互作用将呈现为不同的相互作用，这被称为电弱相互作用的对称性自发破缺。希格斯粒子就是在标准模型解释电弱对称性自发破缺的机制时引入的。 研究背景 英国物理学家希格斯（P.W.Higgs）提出了希格斯机制。在此机制中，希格斯场引起电弱相互作用的对称性自发破缺，并将质量赋予规范玻色子和费米子。希格斯粒子是希格斯场的场量子化激发，它通过自相互作用而获得质量。欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(Large Hadron Collider，简称LHC)将有机会发现希格斯粒子。上帝粒子--希格斯粒子 希格斯玻色子被认为是物质的质量之源，―上帝粒子‖是1988年诺贝尔物理学奖获得者莱德曼对希格斯玻色子的别称。这种粒子是物理学家们从理论上假定存在的一种基本粒子，目前已成为整个粒子物理学界研究的中心，莱德曼更形象
地将其称为―指挥着宇宙交响曲的粒子‖。 自1899年汤姆逊爵士发现电子开始，直至如今，在一个多世纪的时间里，人类一直孜孜不倦的探索着微观 欧洲核子研究中心大型强子对撞机 世界的奥秘。1995年3月2日，美国费米实验室向全世界宣布他们发现了顶夸克时，一套称之为标准模型的粒子物理学模型所预言的62个基本粒子中的61个都已经得到了实验数据的支持与验证，看上去标准模型马上就要获得决定性的胜利，对物质微观结构的探索已经到达了它的尾声，似乎人类也马上就要听到这一跌宕起伏的，充满了高潮与华彩的探索乐章的终曲，但是仍然有一个粒子，游离在这座辉煌的大厦之外，仿佛一个幽灵，这就是希格斯粒子，而且就是这个粒子可能会击垮整座大厦。但是也许会为我们揭示出一条全新的探索旅途。就让我们先来回顾一下上个世纪中期以来粒子物理学的发展历史，以及现在处于主流的标准模型理论。 研究历史 在电弱统一理论从建立到获得成功，其中一个关键的因素就是对称自发破残原理推测出来的希格斯玻色子，用它来解释电弱统一理论中的W+1、W-1、Z0玻色子非零质量的获得机制。 英国物理学家希格斯 但到如今，电弱统一理论已经获得了诺贝尔奖从而得到大家普遍的承认，而作为电弱统一理论基础的希格斯玻色子（X0）仍然没有在大家的视野中揭开它神秘的面纱，这个难题一直以来都困扰着所有从事基本粒子研究的爱好者们。虽说到现在为止还没有人发现它的踪迹，但很多实验表明了电弱统一理论是完全正确
希格斯波色子
希格斯波色子
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
复旦大学物理系教授吴咏时 什么是希格斯玻色子 希格斯玻色子是物理学标准模型当中最后一个待发现的粒子。7月4日欧洲核子研究中心（C ERN）的科学家宣布，在寻找希格斯玻色子的过程中，他们发现了一个新粒子，与希格斯玻色子有吻合之处。一般认为，大约要到今年年底，才有可能确认它是否真是希格斯玻色子。 标准模型是我们当前人类对自然界的一个基本物理理论。它告诉我们自然界4种力中的3个电磁力、强力和弱力是如何发挥和实现作用的。 标准模型的理论分成两部分，一部分是“杨振宁－米尔斯规范场理论”（Yang-Mills Gauge Theory），在强相互作用和电磁相互作用中，杨－米理论是发挥作用的，但在弱相互作用中，杨振宁－米尔斯规范场理论要发挥作用还需要希格斯玻色子的配合。理论上，希格斯玻色子将为杨－米理论中传递弱相互作用的粒子赋予质量，使得弱力成为短程力，符合实验的结果。 这种质量赋予是怎样进行的呢？真空中希格斯玻色子的场可以处于一个非常特殊的状态，理论上叫做凝聚态，打个比方就像稀糖浆或者蜜糖这样的状态。当别的粒子经过这个“稀糖”时，也就是经过希格斯玻色子场的这个凝聚态时，就获得了质量。（实际上，每种玻色子总和一定的场相对应。） 总而言之，希格斯玻色子本身有3个极其重要的理论意义：一是它是标准模型中的最后一个待发现的粒子；二是它给杨振宁－米尔斯规范场理论中传递弱相互作用的粒子赋予了质量；此外呢，实际上，希格斯玻色子给几乎所有的基本粒子以质量，除了传递电磁相互作用的光子和传递强相互作用的胶子。 发现希格斯玻色子的重要学术与现实意义
上帝粒子”亮相,万物从此“有”了重量
上帝粒子”亮相，万物从此“有”了重量 CMS巨型探测器的一部分，这是欧洲大型强子对撞机找到希格斯玻色子的主要设备之一。(资料图片) 粒子物理学中标准模型含有62种基本粒子，这是最后一种未被发现的粒子，也是最难找的，同时也是需要极高能量才 ... CMS巨型探测器的一部分，这是欧洲大型强子对撞机找到希格斯玻色子的主要设备之一。(资料图片) 粒子物理学中标准模型含有62种基本粒子，这是最后一种未被发现的粒子，也是最难找的，同时也是需要极高能量才能寻找到的。 2012年7月4日是科学史上很值得纪念的一天，C ERN(欧洲核子研究中心)召开了新闻发布会，在会上科学家们宣布发现了一种新的粒子，目前观测到的是，一个新的粒子衰变到两个光子的信号，以及其它的辅助信号强有力地支持了看到的新粒子就是希格斯粒子，有95%的可能性，但还未完全确认，要完全确认是希格斯玻色子还得继续等待。 科学家一直在寻找万物的质量来源 L H C大型强子对撞机的超导环场探测器实验(以下简称“A T L A S”)与紧凑μ子线圈实验(以下简称“C M S”)团队
公布的初步实验结果显示，在1 2 5 -126G eV的质量区间内存在一种新的粒子，置信度均达5个sigm a。在粒子物理学中，5个sigm a被认为是作为一项发现的门槛，这几乎就意味着有99.9999%的把握。这里一个G eV是10亿电子伏特，一个质子的质量大约就是0.938G eV。许多理论物理学家认为，这个新粒子就是传说中的上帝粒子，赋予各种基本粒子以质量的希格斯玻色子。这就是我们寻常所见万物的质量来源。 希格斯本人也出席了发布会，他流泪了，从1964年提出希格斯机制到今天，整整48年了，他都83岁了，盼这一天将近半个世纪，许多在场的老科学家也流泪了。20多年的寻找，近百亿美元的投入，成千上万人的参与，就是为了这一天，科学家的激动可以理解。 这是物理学界过去将近30年中最重大的发现。因为，这意味着现代物理学的基石稳固了。粒子物理学中标准模型含有62种基本粒子，这是最后一种未被发现的粒子，也是最难找的，同时也是需要极高能量才能寻找到道。有科学家说，今天，我们见证了历史时刻。 什么是希格斯玻色子？它究竟有多重要？ 什么是希格斯玻色子？它究竟有多重要？为什么要投 入那么多的人才、金钱、时间、精力去找它？ 还是先来看看现代物理学中的一些基本概念，否则很难
解读2013年诺贝尔物理学奖
解读2013年诺贝尔物理学奖：何为希格斯粒 子 2013-10-09中国文化传媒网 2013年诺贝尔物理学奖揭晓。 新浪科技讯10月8日讯 2013年诺贝尔物理学奖授予彼得·W·希格斯(Peter W. Hi ggs) 和弗朗索瓦·恩格勒(Francois Englert)，以表彰他们对希格斯玻色子(又称“上帝粒子”)所做的预测。那么，到底什么是希格斯玻色子呢? 希格斯粒子是一种亚原子粒子，也就是说，理论上认为它应当是构成宇宙的最基本组成部件之一。但是它仍然有待实验观测证实。科学家们提出的物理学标准模型预言了这种粒子的存在，其作用是解释为何其它粒子会拥有质量。根据这一理论，在宇宙大爆炸之后，一种看不见的力，即希格斯场和与之相对应的粒子——希格斯-玻色子一同形成。正是这个场赋予其它基本粒子以质量的属性。 为何这一粒子如此重要？ 希格斯场赋予整个宇宙中其它粒子以质量的方式可以用游泳者在水池中受到的水的 阻力来做比喻。如果粒子没有质量，它们便可以在宇宙中以光速前进，因为质量的本质便是对物体改变其速度的制约性。 这种粒子最早是什么时候被提出来的？ 有关这一粒子的理论最早是在1964年由6位物理学家共同提出来的，其中就包括英国爱丁堡的皮特?希格斯教授。他们当时提出这一粒子的目的就是为了解释质量的起源。
理论上，这一粒子的存在将正好补全描述整个宇宙如何运行的物理学标准模型的缺陷，因此它便显得尤其重要。 如何对其进行搜寻？ 欧洲核子中心的大型强子对撞机(LHC)是人类有史以来建造的最强大的粒子加速器，它的工作原理是将两束质子流以接近光速的速度迎头相撞，在此过程中得到其它粒子。 在1989年至2000年之间，科学家们也曾使用同样位于欧洲核子中心的另一台加速器LEP进行搜寻工作，而由于经费不足被关停之前，美国的Tevatron加速器也进行过对这一神秘粒子的搜寻工作。 科学家们如何能知道自己究竟是否发现了这样的粒子呢? 如果在LHC加速器中进行的数以十亿计的对撞实验中真的产生了希格斯-玻色子，根据预测，它应当是不稳定的，会迅速衰变为更加稳定，质量更小的粒子。物理学家们需要对这些衰变产物进行分析，并且通过分析来推断这种被称为“上帝粒子”的神秘粒子是否存在。在分析过程中，希格斯粒子是否存在会从数据图形的峰值中体现出来。 六点重大影响： 1. 揭开质量起源之谜 物体的质量是怎么来的?这个问题一直困扰物理学界，而希格斯玻色子恰恰被认为与宇宙中一切物体的质量起源有关。希格斯玻色子与一种场有关，那就是所谓的希格斯场，理论上认为这种场充斥着整个宇宙。当宇宙中的其它粒子在这一场中运行时便获得了质量的属性。这就有点像是大家都在一个游泳池里游泳，然后身上都会被打湿，在这里，被水打湿就像是物体获得质量一样。 美国哈佛大学物理学家杰奥?哥斯达(Joao Guimaraes da Costa)表示：“希格斯粒子的机制让我们能够理解粒子获得质量的途径和方式。”哥斯达是去年欧洲核子中心宣布疑似希格斯粒子发现时，大型强子对撞机(LHC)所属ATLAS探测器设备的标准模型召集人。他说：“如果没有这种机制，那么所有的一切物体都将失去质量。” 确认此次发现的粒子确实是希格斯粒子将证明我们设想的粒子获得质量属性的方式 是正确的。美国加州理工学院物理学教授玛利亚?斯皮罗普鲁 (Maria Spiropulu)表示：“这项发现从量子层面支持了我们对于质量来源的看法，而这正是我们当初建造大型强子对撞机的目的。这是一项无与伦比的成就。” 而后，这将进一步为一个更深层次的问题提供解决的线索，那就是：为什么这些粒子拥有这一质量数值?这个值是如何确定的?对此，哈佛大学物理学家丽萨?兰德尔(Lisa Ra ndall)表示：“这是一个大得多的问题。确认这的确是希格斯粒子只是整个过程的第一步，此后我们才能更往前走，这两者之间是相互联系的。” 2. 完善标准模型
大型强子对撞机疑发现上帝粒子(图)
大型强子对撞机疑发现上帝粒子(图) 这是一幅计算机模拟图，显示如果出现一次希格斯事件时，粒子将出现的轨迹模式 这幅图显示大型强子对撞机(LHC)紧凑型μ子螺旋型磁谱仪(CMS)仪器的数据是如何证实或排除希格斯粒 子在不同能级水平上的存在的。
紧凑型μ子螺旋型磁谱仪(CMS)仪器结构示意图，长21米，宽15米，高15米 ATLAS探测设备示意图，长46米，宽25米，高25米，确实是一台超级庞然大物 新浪科技讯北京时间7月27日消息，希格斯-波色子通常又被称为“上帝粒子”，它被认为是万物的“质量之源”，同时也是标准模型中最后一种未被发现的粒子。物理学界长期以来试图寻找它踪迹的努力皆以失败告终，因此这种行踪诡秘的神秘粒子一直让科学家们为之疯狂。不过现在，来自欧洲大型强子对撞机(LHC)的数据显示，这种一直以来毫无踪迹的“上帝粒子”可能已经被找到了。 当然在此之前一直就有这种说法，说美国芝加哥附近的费米加速器已经找到了希格斯-波色子，尽管这种说法一度平息下去，但是最近几个月又一次出现起伏，甚嚣尘上。 而这一次的消息则要靠谱的多：欧洲核子中心(CERN)大型强子对撞机(LHC)的两台希格斯粒子探测仪器在该设备产生的海量数据中同时记录到了疑似信号。尽管谨慎地说，这一信
号目前还未能清晰到足以判定此项发现，但是这至少意味着这台耗资超过100亿美元，号称是这颗星球上最庞大复杂，同时也是最昂贵的科学仪器，毕竟正在朝着正确的方向前进。 LHC项目ATLAS探测设备设计小组发言人法波拉·托内利(Fabiola Tonelli)告诉英国《卫报》记者说：“我们现在还不能下任何断言，但是毫无疑问的，这非常有趣。”而令人振奋的是，另一台探测设备：紧凑型μ子螺旋型磁谱仪(Compact Muon Solenoid,CMS)小组也同样报告了探测到疑似信号结果。 这两个小组各自独立地于周五在法国召开的欧洲物理学会议上报告了自己的结果，这一会议是物理学界最大型的粒子物理学交流平台之一。ATLAS和CMS小组一直以来都在埋头于LHC对撞设备产生的数以亿万计的数据点阵中，苦苦寻找可能显示希格斯-波色子曾短暂存在的统计学信号。 根据此次的最新分析结果，物理学标准模预言的希格斯-波色子类型可能将在大约1400亿电子伏，即140 GeV的能级上出现。 考虑到统计学上的严谨性，此次的数据结果还无法支持一项确定的科学发现报告。不过无论如何，两台设备得到这样非常类似的疑似信号是非常令人兴奋的。 来自美国费米国家实验室的粒子物理学家唐纳德·林肯(Donald Lincoln)同时也是CMS 小组成员，他说：“如果你现在去询问任何一位有名望的物理学家，他们也不能告诉你任何更多的消息，他们只会说这非常非常有趣，而我能告诉你的，就是：这确实非常非常有趣。” 但是很显然还有很多科学家对此并不信服。意大利帕多瓦大学的托马索·多里格(Tommaso Dorigo)教授也是CMS小组成员，同时还担任美国费米实验室CDF小组成员。他说他“没有看到任何和希格斯-波色子有关的疑似信号”。几乎和前面所述的相反，他认为此次LHC所使用的能级恰恰给出了理论预言的希格斯粒子最不可能出现的能级。不过大多数物理学家都同意这样一个说法，那就是有关这种神秘粒子究竟是否存在这一终极问题，物理学家们不久之后应当就能给出一个相当明确的答案。 如林肯就说：“我讨厌进行具体的预测，但是很显然，考虑到目前的表现和进度，我想希格斯粒子被证实或者被排除的时间应该就会发生在最近几个月或几年内。” 寻找希格斯-波色子 寻找希格斯-波色子是一项巨大的工程，事实上这也是当初全世界合力建造这台超大型科学设备的主要初衷。 LHC设备位于法国-瑞士边境，它拥有一个长达27公里的地下环形隧道。在这个隧道中，粒子会被加速到接近光速并迎面对撞。撞击的结果会由安装在隧道各处的各种专用探测器捕捉并进行数据分析。 这种极高能对撞会产生一些极其罕见的物质，但是它们会瞬间衰变成较为常见的亚原子粒子，但是根据仪器记录到的数据，对这些粒子的分布情况，运动方向和速度等数据进行分
超高精度实验证实光子是玻色子_树华
http : w ww .w uli .ac .cn 物理·40卷(2011年)2期 温度的变化关系,其中ΔF N ,S (T )=F N (0,T )-F S (0,T )=H 2c (T )8π,可以通过积分零场下正常态和超导 态之间的熵差来得到,H c 为热力学临界场.过掺杂和欠掺杂的ΔF N ,S (T )表现出不同的行为,随着温度的降低,过掺杂样品的ΔF N ,S (T )的增加要比欠掺杂的快.如果把它们延长至零温,我们就可以得到凝聚能U (0),x =0.79的样品的凝聚能U (0)～2500mJ /g at ,是x =0.48样品的6倍.图5(b )是U (0)/T c 2和氧含量的关系图.对过掺杂区(x >0.79),U (0)/T c 2 基本不随氧含量的变化而变化,但是随x 的减小,U (0)/T c 2 迅速减小,最佳掺杂时的U (0)/T c 2 为过掺杂时的一半.U (0)随x 的突然减小是由于在这些样品中存在正常态的赝能隙,而开始出现赝能隙的氧含量正是0.79附近,即临界载流子浓度p crit =0.19. 4 结束语 比热是重要的热力学量.它的测量可以确定固体的Debye 温度、电子态密度、热激发谱和超导体 的能隙等.但要测量微小的比热变化以及宽温区的电子比热,普通的测量方法遇到了困难.差分比热实 验方法是测量两个样品的比热差,具有高达10-4的比热测量分辨率,比普通的测量方法高近两个量级,使得测量相变时微小的比热变化及宽温区的电子比热成为可能.本文介绍了高分辨连续升温差分比热实验的测量原理和测量方法及其在高温超导体研究中的应用. 参考文献 [1] Gopal E S R .S pecific heat at low temperatu res .New York : Plenum Pres s ,1966 [2] 雒建林.铜氧化物高温超导体的电子态相图.见:韩汝珊主编. 铜氧化物高温超导电性实验与理论研究(第一章).北京:科学出版社,2009.1—20 [3] Loram J W .J .Phy s .E ,1983,16:367[4] 许杰.绝热连续升温差分比热测量装置与聚苯胺低温比热研 究.重庆大学硕士学位论文,2004 [5] Lu o J L et a l .Physica C ,2000,341:1837[6] Loram J W ,Luo J L et al .J .Phys .Chem .Sol id ,2001,62:59[7] Lu o J L et a l .Physica B ,2000,284:1045[8] Loram J W ,Luo J L et a l .Phy sica C ,2000,341:831[9] Lu o J L et a l .arXiv :0112065[10] Loram J W et al .Phys .Rev .Lett .,1993,71:1740 ·物理新闻和动态· 超高精度实验证实光子是玻色子 美国的物理学家对现代物理学的基石———两种基本粒子(玻色子和费米子)遵从两种截然不同的统计行为这一原理,进行了一项极精确的检验.利用激光的实验证实光子遵从玻色-爱因斯坦统计.与以前的实验相比,这一结果使光子实际上是费米子的可能性减少了1000倍. 物理学告诉我们,基本粒子分成两种基本类别:自旋值为整数的玻色子和自旋值为半整数的费米子.玻色子包括携带作用力的粒子如光子、W 和Z 粒子,遵从玻色-爱因斯坦统计.由此产生的一个重要的结果是,许多相同的玻色子可以占据相同的量子态,导致玻色-爱因斯坦凝聚和产生激光等现象. 费米子包括基本的物质粒子,如夸克和电子,遵从费米-狄拉克统计.相同的费米子不能处于相同的量子态,导致原子的壳层结构及其化学性质的周期性变化. 整数自旋粒子遵从玻色-爱因斯坦统计而半整数粒子遵从费米-狄拉克统计,这一原理可以用量子场论的数学加以证明.但是某些物理学家,包括已故的费曼,被一个事实所困扰,即上述原理并没有简单的解释,而是建立在许多假设的基础上的,其中有些假设是说明了的,而有些则是暗含的.的确,有人猜测这些假设在更一般的物理理论中(如弦理论中),可能不成立. Califor nia 大学Be rkeley 分校的D mitry Budker 和Damo n Eng lish 决定尽可能精确地检验这一所谓的自旋统计定理.他们研究了钡原子的一种特殊的两光子吸收过程,在这过程中,钡原子的总角动量从0变到1.量子力学告诉我们,如果像对于全同的玻色子那样,波函数在交换粒子时是对称的话,那就不可能构建一个总角动量等于1的波函数.换言之,如果光子是玻色子的话,就不可能进行这样一种特殊的具有相同频率的成对的光子吸收过程. 研究人员将两束绿色激光从相反方向射向光学腔中的钡原子束,由两束激光中的各一个光子组成的光子对的能量等于钡原子的吸收能.他们通过测量钡原子吸收光子对之后退激发时发射的光子,发现当这两束激光的能量彼此略有差异时,发生这种吸收现象.但是当这两束激光的频率完全相同时,没有观察到这种吸收现象,证明光子的确是玻色子. 目前在Yale 大学的Budke r 和David DeM ille 曾发表过于他们于1999年进行的类似实验结果,表明光子是玻色子.但是,本文上面介绍的这项新的实验却要精确得多.这是由于改进了实验装置,使得结果的不确定性降低了3个多数量级,结果的精度在90%的置信度上好于1千亿分之4.此工作结果发表在Phy s .Rev .lett .,2010,104:253604 上. (树华 编译自Phy sics World N ews ,1 July 2010) · 120·实验技术