標準模型明確指出,希子的存在很難證實。與其它粒子相比較,製造希子需要極大的碰撞能量,必須建造超級粒子加速器來提供這樣大的能量,而且,每一次碰撞製造出其它粒子的可能性比製造出希子的可能性大很多,即使希子被製成,它也會非常迅速地衰變成別的粒子(平均壽命為1.56x10-22s),因此難以被檢測到,隻能倚靠辨認與分析衰變產物,纔可推斷出它們大概是源自於希子,而不是源自於其它粒子。此外,很多其它種衰變過程也會顯示出類似的跡象,這使得尋找希子有如大海撈針。隻有依靠先進的超級粒子加速器與精準的探測器,物理學者纔可觀測數之不盡的粒子碰撞事件,將獲得的紀錄資料加以分析,尋找出希子的蛛絲馬跡,然後再進一步分析,計算希子存在的可能性,確定所得到的結果絕對不是來自偶發事件。
再華麗、再精緻的理論,也需要通過實驗加以證實,才會被正式接受,否則隻能視為高談大論。物理學者很希望能夠證實希子是否存在。但是,早先從實驗得到的資料隻能讓他們判別希子是否可能存在於某個質量值域。為了彌補這不足,歐洲核子研究組織在瑞士建成了大型強子對撞機(lhc)。它是全世界最先進的粒子加速器。它的主要研究目標之一就是證實希子是否存在。
2013年,lhc的物理學者已確定發現希子,這發現強烈支援某種希格斯場彌漫於空間。當今,lhc仍舊在如火如荼地蒐集資料,試圖明白希格斯場的性質。
希格斯勢與希格斯場 的關係形狀好似一頂墨西哥帽。帽頂為希格斯勢的局域最大值,其希格斯場為零( );帽子穀底的任意位置為希格斯勢的最小值,其希格斯場不為零( )。對於繞著帽子中心軸 的旋轉,帽頂的位置不變,而帽子穀底的任意位置會改變,因此帽頂具有旋轉對稱性,而帽子穀底的任意位置不具有旋轉對稱性。主條目:希格斯機製
量子力學的真空與一般認知的真空不同。在量子力學裏,真空並不是全無一物的空間,虛粒子會持續地隨機生成或湮滅於空間的任意位置,這會造成奧妙的量子效應。將這些量子效應納入考量之後,空間的最低能量態,是在所有能量態之中,能量最低的能量態,又稱為基態或“真空態”。最低能量態的空間纔是量子力學的真空。描述物理係統的方程所具有的對稱性,這最低能量態可能不具有,這現象稱為自發對稱性破缺。
在標準模型裏,為了滿足定域規範不變性,規範玻色子的質量必須設定為零;但這不符合實驗觀察結果──w玻色子與z玻色子都已經通過做實驗檢驗確實擁有質量。因此,這些玻色子必須倚賴其它種機製或作用來獲得質量。
每一個最低能量態位置都不具有旋轉對稱性。在這無窮多個最低能量態之中,隻有一個最低能量態能夠被實現,旋轉對稱性因此被打破,造成自發對稱性破缺,因此使規範玻色子獲得質量,同時生成一種零質量玻色子,稱為戈德斯通玻色子,而希子則是伴隨著希格斯場的粒子,是希格斯場的振動。但這戈德斯通玻色子並不符合實際物理。通過選擇適當的規範,戈德斯通玻色子會被抵銷,隻存留帶質量希子與帶質量規範玻色子。總括而言,利用自發對稱性破缺,使得規範玻色子獲得質量,這就是希格斯機製。在所有可以賦予規範玻色子質量,而同時又遵守規範理論的可能機製中,這是最簡單的機製。
按照希格斯機製,複值希格斯場(兩個自由度)與零質量規範玻色子(橫場,如同光子一樣,具有兩個自由度)被變換為帶質量標量粒子(希子,一個自由度)與帶質量規範玻色子(戈德斯通玻色子變換為一個縱場,加上先前的橫場,共有三個自由度),自由度守恆。
費米子也是因為與希格斯場相互作用而獲得質量,但它們獲得質量的方式不同於w玻色子、z玻色子的方式。在規範場論裏,為了滿足定域規範不變性,必須設定費米子的質量為零。通過湯川耦合,費米子也可以因為自發對稱性破缺而獲得質量。
希子性質:稍微複雜一點,但更實際一點,在最小標準模型(minimal standard model)裏,希格斯場是複值二重態,是由兩個複值標量場,或四個實值標量場組成,其中,兩個帶有電荷,兩個是中性。在這模型裏,還有四個零質量規範玻色子,都是橫場,如同光子一樣,具有兩個自由度。總合起來,一共有十二個自由度。自發對稱性破缺之後,一共有三個規範玻色子會獲得質量、同時各自新增一個縱場,總共有九個自由度,另外還有一個具有兩個自由度的零質量規範玻色子,剩下的一個自由度是帶質量的希子。三個帶質量規範玻色子分別是w、w和z玻色子。零質量規範玻色子是光子。由於希格斯場是標量場(不會因洛倫茲變換而改變),希子不具有自旋。希子不帶電荷,是自己的反粒子,具有cp-偶性。
標準模型並沒有預測希子的質量。假若質量在115和180 gev之間,則能量尺度直到普朗克尺度(10gev)上限,標準模型都有效。基於標準模型的一些不令人滿意的性質,許多理論學者認為後標準模型的新物理會出現於tev能量尺度。希子(或其他的電弱對稱性破缺機製)能夠具有的質量的尺度上限是1.4 tev;超過此上限,標準模型變得不相容,因為對於某些散射過程違反了幺正性。現今,學術界有超過一百種不同關於希格斯質量的理論預測。
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