[情報] 希格斯波色子
說明
在標準模型的預測了希格斯粒子是具有質量的基本粒子。目前，沒有其他已知的基本
量粒子的性質。希格斯粒子是唯一在標準模型所預測的粒子中還沒有被觀測到的。觀測希
格斯粒子的實驗預期將可以幫助解釋宇宙萬物的質量。希格斯粒子預期將是和無質量光子
（用來傳遞電磁作用力）、有質量的 W 和 Z 玻色子（用來傳遞弱作用力）。如果希格斯
粒子存在，他是一個完整的物質世界的組成部分（它是一個完整的和普遍的組成部分物質
世界）。在歐洲核能研究中心的強子對撞機，在2009年12月20日正式啟用，被預期將可以
提出實驗證實希格斯粒子是否存在。另一方面，費米實驗室也企圖做實驗去找到希格斯粒
子，即使侷限在費米實驗室中的電子加速器的低能量。據報導，費米實驗中的物理學家指
出費米實驗室可以找到希格斯粒子的機率大約為50%到96%，取決於希格斯粒子的質量。希
格斯機制，給了向量玻色子質量，是由Francois Englert和Robert Brout在1964年所建立
的理論。同年十月Peter Higgs由Philip Anderson得到靈感；而且與Gerald Guralnik,
C. R. Hagen, and Tom Kibble在1963年的春天所計算出的結果無關。這三篇關於此探討
的論文分別由Guralnik、Hagen、 Kibble、 Higgs、 Brout 和 Englert所撰寫，被公認
為Physical Review Letters 50周年慶祝的里程碑。雖然這三篇有名的論文做了類似的研
究，但其貢獻與之間的不同在1964 PRL Symmetry Breaking的論文中是值得注意的。這六
個科學家對於理論粒子物理學的貢獻因此榮獲2010櫻井獎。Steven Weinberg, Abdus
Salam, 首先利用希格斯機制在電弱對稱性缺陷。電弱理論預測了中性粒子的質量與 W 和
Z 玻色子有關。
理論概述
希格斯粒子是理論的希格斯場中的量子成分。在真空中，希格斯粒子波函數的振幅不
為零，也就是說，在真空中希格斯粒子有非零的期望值。在真空中非零期望值的存在扮演
了一個基本的角色；它讓所有基本粒子擁有質量，包含了希格斯粒子本身。特別的是，在
得到了真空中具有非零期望值的結果，就自然的打破了電弱規範對稱，這是科學家經常提
到的希格斯機制。這是最簡單的機制可以給定規範玻色子質量同時保持遵守規範理論。在
本質上，這個場就像一池黏黏的蜜糖，除了非質量的基本粒子，通過此場的時候，會將粒
子轉變成帶有質量的粒子，就像是原子的成分。在標準模型中，希格斯粒子包含了兩個中
性與兩個帶電成分的區域。兩個帶電和一個中性區域皆是Goldstone玻色子，是縱向三極
化分量帶質量的 W+、 W–和 Z 玻色子。維持中性成分的量子對應到具有質量的希格斯粒
子。既然希格斯場是一個純量場，希格斯粒子子沒有自旋，也就沒有內在的角動量。標準
模型沒有預測希格斯玻色子的質量。如果質量在115和180 GeV/c2之間，則標準模型的能
量等級可以有效直到普朗克尺度（1016 TeV）。許多理論學家預測新的物理學會建構在標
準模型之上能量在TeV的尺度，基於不足的標準模型性質。希格斯粒子（或其他的電弱對
稱機制）可能的最大質量是1.4 TeV；除了這一點，標準模型變的不相容，因為統一性違
反了一些散射的過程。許多超對稱性的模型預測出最輕的希格斯粒子的質量比現在實驗在
高一點，大約120 GeV或者更低。Supersymmetric extensions of the Standard Model
(SUSY)預測了整個希格斯粒子族群的存在。而不是單單一個希格斯粒子。其中在SUSY模型
，在Minimal Supersymmetric extension (MSSM)中，希格斯機制產生了最小數目的希格
斯粒子。
歷史
自然界中物體之間的相互作用，可以劃分為4種力：引力（重力）、電磁力、強相互
作用、弱相互作用。在愛因斯坦相對論解決了重力問題後，人們開始嘗試建立統一的模型
，以期解釋通過後3種力相互作用的所有粒子。
科學家們建立起被稱為標準模型的粒子物理學理論，它把基本粒子分成3大類：夸克
、輕子與玻色子。標準模型的缺陷，就是該模型無法解釋物質質量的來源。
為了修補上述理論的缺陷，英國物理學家希格斯提出了希格斯場的存在，並進而預言
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。其他粒子在希格斯玻色子構成的場中，受其作用而產生慣性，最終才有了質
量。之後所有的粒子在除引力外的另3種力的框架中相互作用，統一於標準模型之下。標
準模型預言了62種基本粒子的存在，這些粒子基本都已被實驗所證實，而希格斯玻色子是
最後一種未被發現的基本粒子
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