你知道嗎？有一種粒子，它可以決定物質(zhì)是否擁有質(zhì)量，它可以變成其他粒子，它還可能隱藏著宇宙的一些秘密。這種粒子就是希格斯玻色子，也被稱為“上帝粒子”。它是物理學(xué)中最重要和最神秘的發(fā)現(xiàn)之一，也是我們對(duì)自然界的理解的一個(gè)里程碑。

那么，希格斯玻色子到底是什么？它是如何被發(fā)現(xiàn)的？它在宇宙的作用是什么？

我們一起往下看。

首先，我們要了解一下什么是質(zhì)量。質(zhì)量是物質(zhì)的一個(gè)基本屬性，它決定了物質(zhì)的慣性和引力。慣性是物質(zhì)保持原來(lái)狀態(tài)的傾向，比如靜止或勻速運(yùn)動(dòng)。引力是物質(zhì)之間相互吸引的力。我們都知道，不同的物質(zhì)有不同的質(zhì)量，比如鐵比木頭重，木頭比羽毛重。

那么，為什么不同的物質(zhì)有不同的質(zhì)量呢？

這就要從物質(zhì)的組成說(shuō)起了。

我們都知道，物質(zhì)是由分子組成的，分子又是由原子組成的，原子又是由原子核和電子組成的。原子核又是由質(zhì)子和中子組成的，而質(zhì)子和中子又是由夸克組成的。夸克是目前已知最小的基本粒子之一，它們有六種類型，分別叫做上、下、奇、異、頂、底。

不同類型和組合的夸克構(gòu)成了不同類型和組合的原子核，從而構(gòu)成了不同類型和組合的原子，從而構(gòu)成了不同類型和組合的分子，從而構(gòu)成了不同類型和組合的物質(zhì)。

那么，夸克有沒(méi)有質(zhì)量呢？

答案是肯定的。

夸克有不同的質(zhì)量，從幾百萬(wàn)分之一到幾億分之一電子伏特（eV）。電子伏特是物理學(xué)中用來(lái)表示能量或質(zhì)量的單位，1 eV大約等于1.6乘以10^-19焦耳（J）。焦耳是國(guó)際單位制中用來(lái)表示能量或功的單位。根據(jù)愛(ài)因斯坦的著名公式E=mc^2（能量等于質(zhì)量乘以光速平方），能量和質(zhì)量可以互相轉(zhuǎn)化，并且可以用同一個(gè)單位來(lái)表示。所以我們可以說(shuō)夸克有不同的能量或質(zhì)量。

那么問(wèn)題來(lái)了：為什么夸克有不同的能量或質(zhì)量呢？

這就要說(shuō)到希格斯玻色子了。

希格斯玻色子是另一種基本粒子，它與夸克不同，它不構(gòu)成任何其他粒子或物質(zhì)。它只存在于一個(gè)特殊的場(chǎng)中，這個(gè)場(chǎng)叫做希格斯場(chǎng)。希格斯場(chǎng)是一個(gè)無(wú)處不在、無(wú)形無(wú)色、無(wú)味無(wú)聲、無(wú)法直接感知或測(cè)量的場(chǎng)。但是它卻對(duì)其他粒子有著重要的影響：它可以賦予其他粒子質(zhì)量。

這是怎么做到的呢？

我們可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的類比來(lái)理解。

想象一下，你在一個(gè)大廳里，里面有很多人，他們都是希格斯場(chǎng)的一部分?，F(xiàn)在，有兩個(gè)名人要進(jìn)入這個(gè)大廳，他們分別是一個(gè)很有名氣的電影明星和一個(gè)不太出名的科學(xué)家。當(dāng)電影明星進(jìn)入大廳時(shí)，他會(huì)吸引很多人的注意力，很多人會(huì)圍著他，跟他打招呼，要求合影，或者只是想靠近他。這樣一來(lái)，電影明星就會(huì)感覺(jué)到很大的阻力，他要花很多力氣才能穿過(guò)人群。這就相當(dāng)于電影明星與希格斯場(chǎng)有很強(qiáng)的相互作用，因此獲得了很大的質(zhì)量。

當(dāng)科學(xué)家進(jìn)入大廳時(shí)，他不會(huì)引起太多人的注意，只有少數(shù)人會(huì)跟他打招呼或交談。這樣一來(lái)，科學(xué)家就會(huì)感覺(jué)到很小的阻力，他可以比較容易地穿過(guò)人群。這就相當(dāng)于科學(xué)家與希格斯場(chǎng)有很弱的相互作用，因此獲得了很小的質(zhì)量。如果有一個(gè)普通人進(jìn)入大廳，他會(huì)引起一些人的注意，但也不會(huì)太多。這樣一來(lái)，普通人就會(huì)感覺(jué)到適中的阻力，他可以比較順利地穿過(guò)人群。這就相當(dāng)于普通人與希格斯場(chǎng)有適中的相互作用，因此獲得了適中的質(zhì)量。

這個(gè)類比并不完美，但是它可以幫助我們理解希格斯場(chǎng)是如何賦予其他粒子質(zhì)量的。不同類型和組合的粒子與希格斯場(chǎng)有不同強(qiáng)度的相互作用，因此獲得了不同大小的質(zhì)量。如果沒(méi)有希格斯場(chǎng)，所有的粒子都沒(méi)有質(zhì)量，它們都以光速運(yùn)動(dòng)，并且無(wú)法形成任何穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)或物質(zhì)。

所以我們可以說(shuō)，希格斯場(chǎng)是造物主的工具，它創(chuàng)造了物質(zhì)的多樣性和豐富性。

那么，希格斯玻色子又是什么呢？

希格斯玻色子是希格斯場(chǎng)的一個(gè)激發(fā)態(tài)或波動(dòng)態(tài)。就像水波是水場(chǎng)的一個(gè)激發(fā)態(tài)或波動(dòng)態(tài)一樣。當(dāng)水被擾動(dòng)時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生水波，并且隨著時(shí)間和距離而衰減。同樣地，當(dāng)希格斯場(chǎng)被擾動(dòng)時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生希格斯玻色子，并且隨著時(shí)間和距離而衰減。

那么，什么東西可以擾動(dòng)希格斯場(chǎng)呢？答案是高能粒子。

當(dāng)高能粒子在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）中相撞時(shí)，它們會(huì)釋放出巨大的能量，并且激發(fā)出希格斯場(chǎng)，并產(chǎn)生希格斯玻色子。但是希格斯玻色子并不穩(wěn)定，它會(huì)很快地衰變成其他粒子，并且隨著能量和角度而分布。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型，希格斯玻色子可以衰變成多種不同類型和組合的粒子。其中最常見(jiàn)的一種是衰變成兩個(gè)底夸克（b夸克），這種情況大約占60%。其他可能性包括衰變成兩個(gè)光子、兩個(gè)W玻色子、兩個(gè)Z玻色子、兩個(gè)?？淇耍╰夸克）等等。每種衰變方式都有一個(gè)特定的概率或分支比，這些分支比都可以從標(biāo)準(zhǔn)模型中計(jì)算出來(lái)，并且可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。如果實(shí)驗(yàn)觀察到的分支比與理論預(yù)測(cè)不一致，那么就意味著標(biāo)準(zhǔn)模型有缺陷，或者存在一些新的物理現(xiàn)象。

這就是為什么物理學(xué)家們對(duì)希格斯玻色子的衰變?nèi)绱烁信d趣，因?yàn)樗鼈兛赡芙沂玖擞钪娴囊恍┟孛堋?/strong>

在2012年，物理學(xué)家們?cè)诖笮蛷?qiáng)子對(duì)撞機(jī)中發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子，這是一個(gè)歷史性的成就，也為標(biāo)準(zhǔn)模型提供了重要的支持。但是這并不意味著希格斯玻色子的探索就此結(jié)束。

除了發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子本身，物理學(xué)家們還想觀察它的各種衰變方式，特別是那些很少見(jiàn)或很難探測(cè)的衰變方式，因?yàn)樗鼈兛赡芙o我們帶來(lái)一些驚喜。在過(guò)去的幾年里，物理學(xué)家們已經(jīng)觀察到了希格斯玻色子衰變成兩個(gè)光子、兩個(gè)W玻色子、兩個(gè)Z玻色子、兩個(gè)底夸克等等，這些都與標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測(cè)相符。但是還有一些衰變方式?jīng)]有被觀察到，或者只有很弱的證據(jù)。其中之一就是希格斯玻色子衰變成一個(gè)Z玻色子和一個(gè)光子。

這種衰變方式非常罕見(jiàn)，它的分支比只有0.2%左右，也就是說(shuō)，每500個(gè)希格斯玻色子中只有一個(gè)會(huì)以這種方式衰變。而且這種衰變方式并不直接發(fā)生，而是通過(guò)一個(gè)中間的“環(huán)”或“圈”來(lái)進(jìn)行，這個(gè)環(huán)由一些“虛擬”的粒子組成，它們只是短暫地存在，并且不能被直接探測(cè)。這些虛擬粒子可以是任何能夠與希格斯場(chǎng)、Z玻色子和光子相互作用的粒子，不同類型和組合的虛擬粒子會(huì)對(duì)這種衰變方式產(chǎn)生不同的影響，從而改變它的分支比和能量分布。如果存在一些標(biāo)準(zhǔn)模型之外的新粒子或新相互作用，它們也可能出現(xiàn)在這個(gè)環(huán)中，并且影響這種衰變方式。因此，通過(guò)精確地測(cè)量這種衰變方式的性質(zhì)，物理學(xué)家們可以探索一些新的物理現(xiàn)象。

最近，在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中運(yùn)行的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)——ATLAS和CMS——都報(bào)告了他們對(duì)這種罕見(jiàn)衰變方式的首次證據(jù)。

這些結(jié)果是非常令人興奮和重要的，因?yàn)樗鼈儾粌H驗(yàn)證了標(biāo)準(zhǔn)模型對(duì)希格斯玻色子的一個(gè)關(guān)鍵預(yù)測(cè)，而且也為尋找新物理提供了一個(gè)有力的工具。通過(guò)進(jìn)一步地研究這種衰變方式的細(xì)節(jié)，比如它與希格斯玻色子質(zhì)量、自旋、宇稱等性質(zhì)的關(guān)系，以及它與其他衰變方式之間的干涉效應(yīng)等等，物理學(xué)家們可以探測(cè)一些可能存在的微小的偏差或異常，從而揭示一些標(biāo)準(zhǔn)模型之外的新現(xiàn)象。

總之，希格斯玻色子是一個(gè)非常神奇和神秘的粒子，它不僅告訴我們物質(zhì)是如何獲得質(zhì)量的，而且也可能告訴我們一些我們還不知道的關(guān)于宇宙的秘密。

通過(guò)觀察它的各種衰變方式，并且與標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行比較，物理學(xué)家們可以測(cè)試和探索一些新的物理現(xiàn)象，或者發(fā)現(xiàn)一些意想不到的驚喜。也許有一天，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子的某種衰變方式與我們的預(yù)期完全不同，這將會(huì)是一個(gè)革命性的發(fā)現(xiàn)，也將會(huì)開(kāi)啟一個(gè)新的物理學(xué)時(shí)代。

上帝粒子背后的奧秘還遠(yuǎn)未結(jié)束！

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