W~(±)中间玻色子的发现

今年1月,W~±中间玻色子终于被发现了。这是粒子物理学界的一件大事,它对弱电统一理论是一个极重要的支持。介绍了有关W~±中间玻色子发现的详细情况及其深远意义。     

二十世纪八十年代的物理思想

《二十世纪八十年代的物理思想》一文,指出当今的物理学虽已专门化并具多样性,但总的趋势是统一。Z~0粒子和W~±粒子的发现在一定程度上证实了哈肯教授的这一观点。     

大型电子-正电子机——深思熟虑而后行事

大型电子一正电子机(LEP)正在欧洲原子核研究组织(CERN)兴建中。它的物理学议事日程最早在七十年代后期就开始流传了,那时,Z~0和W~±完全是一种理论上的粒子,可是格拉肖、萨拉姆与温伯格的电-弱理论的弱力部分就是需要它们。既然这些粒子都已经在CERN利用质子-反质子(P(?))碰     

ξ(2.22)粒子的产生和衰变

中性流的发现,W~±和Z粒子的找到,证实了弱电统一标准模型的正确性。然而这一理论所引用过的Higgs机制中的Higgs粒子,却至今未探测到。1983年Mark Ⅲ组在J/φ的衰变道中发现了粒子ξ(2.22),即     

LEP运转一年后的粒子物理

Z~0玻色子已经由珍奇的罕见物变成一个宽阔能区中的探索工具.欧洲核子研究中心(CERN)的一台大型电子-正电子对撞机LEP已产生够多的Z~0,致使粒子物理和宇宙学的许多预言得以检验.     

莱泼实验进展

现代物理实验离不开研究手段。研究基本粒子离不开粒子加速器。世界上最大的粒子加速器——莱泼正负电子对撞机在日内瓦建造以来,已于去年8月成功地实现了正负电子对撞,并产生了许多Z~0粒子。《莱泼实验进展》一文对此作了介绍,对当代科学前沿感兴趣的读者,当不会放过此文的。     

弱电统一标准模型中的一个新对称性和涡度守恒

弱电统一的Weinberg-Salam(W-S)理论已取得了很大成功,所预言的中性流、带电中间玻色子和中性中间玻色子在实验上相继被发现。在W-S理论中,两个真空态处于完全对称的地位,真空态间的倒逆变换理论是对称的,含自作用的Higgs场,在Higgs场的倒逆变     

仍然隐藏于希格斯玻色子中的物理学

<正>自2012年发现希格斯玻色子以来,大型强子对撞机还未发现新的粒子,但物理学家表示,人类仍然可以从希格斯粒子中了解很多东西。2012年,粒子在大型强子对撞机(LHC)27千米长的圆形隧道中相撞,产生了希格斯玻色子。希格斯玻色子是粒子物理学标准模型所预测的最后一个失踪粒子,也是将数十年前的一组方程组合在一起的关键所在。但在大型强子对撞机上还没有发现其他新的粒子,这为人类留下了许多标准模型无法解开的宇宙谜团。一场关于是否要     

从LHC到希格斯玻色子的发现——两本与“上帝粒子”有关的新书介绍

《希格斯:"上帝粒子"的发明与发现》(Higgs:The Invention and Discovery of the‘God Particle’),吉姆·巴戈特(Jim Baggott)著,牛津大学出版社,纽约,2012.$24.95(277页),ISBN 978-0-19-960349-7《宇宙尽头的粒子:对希格斯玻色子的搜寻如何引领我们到一个新世界的边缘》(The Particle at the End of the Universe:How the Hunt for the Higgs Boson Leads Us to the Edge of a New World),肖恩·卡罗尔(Sean Carroll)著,达顿出版社,纽约,2012.$27.95(341页),ISBN 978-0-525-95359-3由于欧洲核子中心(CERN)大型强子对撞机(LHC)研究程序获得的备受瞩目的成功,看到相关新书的出版也就一点也不令人吃惊:它会告诉你这个由LHC开始的戏剧性故事,以及那个很可能是希格斯玻色子的发现。这两本书一是肖恩·卡罗尔(Sean Carroll)的《宇宙尽头的粒子:对希格斯玻色子的搜寻如何引领我们到一个新世界的边缘》;另一是吉姆·巴戈特(Jim Baggott)的《希格斯:"上帝粒子"的发明与发现》。两本书都介绍了希格斯玻色子的史诗般的传奇,虽然作者有他自己处理故事的方式,但二者都着重突出了所涉及的人。事实上,在描述历史和人物上二者都是最强的。理论家卡罗尔以一个准知情人的视角讲述了这个故事。尽管他并没有直接参与LHC的研究,但他是一个颇有些名望的物理学博主——在今日世界,有关一项发现的传闻在博客世界中出现要远比官方的通告来得早——卡罗尔叙述了他是如何通过他的"媒体"来关注2012年7月对希格斯玻色子的宣告的。《宇宙尽头的粒子:对希格斯玻色子的搜寻如何引领我们到一个新世界的边缘》一书的开篇是引导性的描述和有关标准模型的简史,以及对LHC探测器是如何工作的作了粗略的解释。然而,这本书关注的重点是希格斯场和玻色子,作者在对称性以及如何打破对称——即使这意味着得到了一个破缺的对称性——等问题上花费了一些笔墨,特别是有关希格斯机制和LHC的章节十分有趣,文笔优美流畅。这本书非常适合于那些喜欢以谈话形式描述希格斯玻色子及其意义的读者。如果你的邻居是非专业人士,那么他们也会喜欢它。当然,《宇宙尽头的粒子》也存有一些不足,即在书的前半部分中,经常出现卡罗尔的自说自话。应该说,一本好书会吸引读者沉浸到故事之中,直到一切都结束。该书还介绍了量子场论,这一理论描述了如何将电子、光子和所有其他亚原子粒子表达成不同场的振动模式。由于通俗文学中难得见到独特的见识,《宇宙尽头的粒子》一书对于一个对现代物理学细节感兴趣的读者会有所裨益。然而,卡罗尔给予量子场论的待遇比我期待的"肤浅"。其实,要是以适当的难度将这个问题对目标群体多写几页,将会大大拓展这本书的受众面。最后,我对此书的一个忠告是,卡罗尔频繁提及的引力子,毫无疑问这是一种推测中的粒子,可在书中却给粗心的读者留下印象,似乎它们是公认的事实,而不是理论上的假设。《希格斯:"上帝粒子"的发明与发现》则具有完全不同的风格。巴戈特是一位自由撰稿人,不是物理学界的局内人,他的作品如同保鲜盒,致使读者很容易地进入他的故事而无需刺激性的情节。尽管他的题材相对狭窄,该书实际上是在写关于对称性的——希格斯玻色子的发现确实是过去近百年来的最高成就,在那期间,科学家已经越来越意识到对称性在我们宇宙中所扮演的角色。在该书的第一章,介绍了一位才华横溢的数学家埃米·诺特(Emmy Noether,她的名字与拥有守恒定律的物理学理论中的数学对称性紧密相联),然而,在描述过程中存在较明显的缺陷。巴戈特给出空间和时间对称性的常见例子分别导致动量和能量的守恒,但他试图通过量子力学相对称性来解释电荷守恒的起源。这是准确的,但我不能确信非专业人士会理解他的描述。在我看来,读者更情愿简单地接受另一种被发现的对称性,即电荷的守恒,虽然它仅仅意味着对"量子力学相是什么"这个问     

现代卡卢扎-克莱因理论

在粒子物理领域,一场新的革命风暴又正在掀起。《现代卡卢扎-克莱因理论》一文,就当今粒子物理的前沿领域——卡卢扎-克莱因理论及磁单极、11维超引力和超弦等的最新进展作了详细介绍,文中还涉及作者在卡卢扎-克莱因磁单极方面的工作。超弦理论统一了引力相互作用和其他相互作用,毫无疑问,寻找含有真实粒子谱的超对称卡卢扎-克莱因理论和超弦理论必将成为理论粒子物理研究中的中心课题。     

《自然》:2012十大科学事件回顾

1.找到希格斯玻色子 掌声、欣慰、喜悦和泪水.2012年7月,世界上最大的物理实验正式发现了希格斯玻色子.欧洲核子中心的大型强子对撞机在经过500万亿次质子碰撞实验之后,物理学家可以很自信地宣布,他们已经看到了一个质量大约为125千兆电子伏特的玻色子.大约50年前,包括彼得·希格斯(Peter Higgs)在内的一些理论物理学家提出,希格斯场遍布于宇宙中并赋予某些粒子以质量,而希格斯玻色子则是希格斯场的具体化.令人失望的是,除了根据粒子物理学标准模型所作的预测,没有令人信服的线索揭示出希格斯玻色子的行为.如今,大型强子对撞机终于发现了根据超对称理论预测的粒子,这将大大拓展我们对亚原子世界的理解,并有助于对暗物质等神秘现象做出解释.     

编后记

当前,超导研究是在世界范围内科技工作者的热门研究领域,我们在本期科学家论坛发表的美国布鲁克林学院布里安·B·许瓦茨教授《关于超导的研究》一文,从物理学的角度简要地回顾了超导研究领域的进展,其中包括对BCS理论、约瑟夫逊效应和第二类超导体的讨论,对近年来发现的新型高温超导体也作了简要的论述。中国社会科学院哲学研究所查汝强先生关于《自然·社会·人》一文,就自然界、人类社会和人类的关系     

粒子物理学到了转折关头

●作为一种尚未被人知晓、然而却为其他粒子产生质量的希格斯玻色子,是完成并确认粒子物理标准模型所需的最后一个要素。希格斯玻色子将扩展标准模型希格斯玻色子的发现或将使标准模型更为完整。让我们暂且同意,大型强子对撞机(LHC)的探测器ATLAS以及紧凑型μ介子螺线管已经发现了一个质量约125千兆电子伏特(GeV)的希格斯玻色子。虽然     

希格斯之后的新粒子景观——后LHC时代的“希格斯工厂”探究

欧洲大型强子对撞机(LHC)发现了疑似希格斯玻色子,从而在粒子物理学研究史上留下了浓重的一笔。然而,科技的进步如白驹过隙,科学家们认为LHC行将落伍,拟计划建造其替代品——ILC、LEP3抑或CLIC,便于更精确地研究希格斯玻色子及其相互作用。新粒子抑或更复杂有趣?当世界各地的粒子物理学家7月5日"醒"来之时,那欢乐的场面、解脱的感觉乃至热泪盈眶的情景仍然记忆犹新——除此之外,仍有一个巨大的问题没有答案。就在前一天,欧洲核子中心(CERN)宣布,一个疑似希格斯玻色子的新粒子在大型强子     

相互作用玻色子模型和原子核的集体运动

有马朗人是国际上第一流的核物理学家,现任日本物理学会理事长。作者等人倡导的原子核相互作用玻色子模型是继五十年代玻尔-莫特逊模型后的一个新的里程碑,在国际上现已成为一个较新的学派.作者特为本刊撰写的《相互作用玻色子模型和原子核的集体运动》一文的主要内容是:用相互作用玻色子模型讨论原子核四极集体运动;这一模型成功地解释了低的集体态的性质;说明相互作用玻色子模型有四个极限等。     

希格斯玻色子不存在几率仅为三亿分之一

2012年7月4日,英国科学家宣布发现了一种与希格斯玻色子类似的粒子。现在,借助大型强子对撞机寻找希格斯玻色子的研究小组报告称,实验结果的确定性水平达到5.9西格马,这进一步证实了他们极有可能发现了这种有着"上帝粒子"之称的粒子。科学家寻找上帝粒子已经有数十年历史,这种粒子是标准物理学模型中缺失的最后一环,它能够解释物质为何拥有质量。大型强子对撞机通过质子束对撞产生巨大能量,进而形成上帝粒子。但这种粒子瞬间即逝,衰变成其他可以被捕获和进行分析的粒子,或     

“上帝粒子”的存在获新证据

<正>去年7月4日,欧洲核子研究中心(CERN)宣布,该中心的两个强子对撞实验项目发现了同一种新粒子,它的许多特征与科学家寻找多年的希格斯玻色子一致。如今,CERN发布公告称,最新的数据分析显示,这一种新粒子"越来越像"希格斯玻色子。科学家分析了比去年的研究多2.5倍的数据,来计算新粒子的量子特性以及它与其他粒子之间的相互作用。但CERN表示,     

物理学家计划搜寻成对的希格斯玻色子

正对于迫不及待想要探索新疆域的粒子物理学家来说,发现希格斯玻色子已经变成一种甜蜜中带着苦涩的成功。2012年,全球最大的原子对撞机——大型强子对撞机(LargeHadronCollider,LHC)探测到希格斯玻色子。这种人类长久以来苦苦寻找的粒子填补了基本粒子和基本力标准模型的最后一个缺口。但是从那时起,标准模型已经成功通过每一次测试,没有产生对物理新发现的一丁点暗示。现在,希格斯玻色子本身也许提     

粒子物理理论发展的回顾与展望

在费米提出β衰变的现象性理论以后,经历了差不多半个世纪,终于在去年发现了电弱统一理论所预言的、传递弱相互作用的中间破色子:W~+、W~-和Z~0。这是物理学发展过程中的一个里程碑。回过头来看一看走过的道路,考虑一下实验提出了哪一些问题,理论又解决了其中的哪一些问题,下一步该怎么办,现在是一个适当的时机。量子力学的发现是物理学发展过程中一个阶段的完成。认识深入到原子这一层次的物质结构的基本规律在原则上完成了。留下的工作是如何应用这些基本规律去解决具体问题。这主要是方法问题,而不是原理问题。在本世     

物理学家在对撞机困境面前需要勇气

<正>1983年发现W和Z玻色子的对撞机实验的领导者卡罗·鲁比亚(Carlo Rubbia)认为,粒子物理学家现在应该共同在创新的"希格斯工厂"中将μ子碰撞在一起。整个世界都是由17个已知的基本粒子组成的。卡罗·鲁比亚带领的团队发现了其中的两个。1984年,鲁比亚与西蒙·范德梅尔(Simon van der Meer)分享了诺贝尔物理学奖,因为他们对前一年发现W和Z玻色子的实验做出了"决定性贡献"。这些粒子传递四种基本力中的一种——即弱力,弱力导致了放射性衰变。鲁比亚在日内瓦附近的CERN实验