欧洲核子研究中心宣布在大型强子对撞机上发现与希格斯玻色子一致的粒子。

大型强子对撞机 (LHC) 是世界上最大、能量最高的粒子对撞机。它由欧洲核研究组织 (CERN) 于 1998 年至 2008 年间与 10,000 多名科学家、数百所大学和实验室以及 100 多个国家合作建造。它位于日内瓦附近法国瑞士边境下方 27 公里(17 英里)、深达 175 米(574 英尺)的隧道中。

第一次碰撞是在 2010 年以每束 3.5 太电子伏特 (TeV) 的能量实现的,约为之前世界纪录的四倍。升级后达到每束 6.5 TeV(13 TeV 总碰撞能量,目前的世界纪录)。 2018年底,为了进一步升级,它被关闭了三年。

对撞机有四个交叉点,加速粒子在这些交叉点发生碰撞。七个检测器,每个都设计用于检测不同的现象,位于交叉点周围。 LHC 主要碰撞质子束,但它也可以加速重离子束:铅铅碰撞和质子铅碰撞通常每年进行一个月。

LHC 的目标是让物理学家测试不同粒子物理学理论的预测,包括测量希格斯玻色子的特性,寻找超对称理论预测的新粒子大家族,以及粒子物理学中其他未解决的问题。

希格斯玻色子,有时称为希格斯粒子,是粒子物理学标准模型中的一种基本粒子,由粒子物理理论中的场之一希格斯场的量子激发产生。在标准模型中,希格斯粒子是一个巨大的标量玻色子,具有零自旋、偶(正)宇称、无电荷、无色荷,与质量耦合(相互作用)。它也非常不稳定,几乎立即衰变为其他粒子。

希格斯场是一个标量场,具有两个中性和两个带电分量,形成弱同位旋 SU(2) 对称性的复双峰。它的“墨西哥帽形”势在任何地方(包括其他空白空间)都具有非零值,这打破了电弱相互作用的弱同位旋对称性,并通过希格斯机制赋予了一些粒子质量。

场和玻色子都以物理学家彼得·希格斯命名,他在 1964 年与三个团队中的其他五位科学家一起提出了希格斯机制,这是一些粒子可以获得质量的一种方式。 (当时已知的所有基本粒子在非常高的能量下都应该是无质量的,但要完全解释一些粒子如何在较低能量下获得质量非常困难。)如果这些想法是正确的,那么一个称为标量玻色子的粒子也应该存在,具有一定的性质。这种粒子被称为希格斯玻色子,可以用来检验希格斯场是否是正确的解释。

经过 40 年的搜索,2012 年,ATLAS 和 CMS 实验在瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心的大型强子对撞机 (LHC) 上进行了 ATLAS 和 CMS 实验,发现了具有预期特性的亚原子粒子。随后证实新粒子与希格斯玻色子的预期特性相匹配。三支团队中的两支物理学家彼得·希格斯和弗朗索瓦·恩格勒特因其理论预测而获得了 2013 年的诺贝尔物理学奖。尽管希格斯的名字与这一理论联系在一起,但在 1960 年至 1972 年间,几位研究人员独立开发了该理论的不同部分。

在主流媒体中,希格斯玻色子经常被称为“上帝粒子”,来自诺贝尔奖获得者莱昂莱德曼 1993 年的著作《上帝粒子》,尽管绰号是

没有得到许多物理学家的认可。