介子
介子一般是高能物理过程中的产物,极不稳定,短时间内就会发生衰变,因此不会是对撞机用来加速的粒子。在重子中,相对稳定的是质子和中子,而中子不带电,无法实现加速过程。也就是说,大型强子对撞机,它能使质子-质子在14TeV的质心能下对撞。
大型强子对撞机磁体高16米,长、宽均有10多米,重达1920吨。工程技术人员专门建造了一个巨型吊架,用4根粗钢缆吊住这个磁体,借助液压顶泵将磁体缓慢放入隧道。它长达27.36公里的环形隧道可被用来加速粒子,使其相撞,创造出与宇宙大爆炸万亿分之一秒时类似的状态。在高能物理实验中,粒子加速器和探测器是常用设备。探测器用来探测碰撞产生的微小粒子,记录粒子能量、质量等信息。强子对撞机上共有4个对撞点,各装有一个探测器,其中一个为CMS(紧凑型μ介子螺线管)探测器。
希格斯玻色子和希格斯粒子耦合
人们早已发现,自然界中物体之间千差万别的相互作用,可以简单划分为4种力:即引力、电磁力、维持原子核的强作用力和产生放射衰变的弱作用力。在爱因斯坦的相对论解决了重力问题后,人们开始尝试建立一个统一的模型,以期解释通过后3种力相互作用的所有粒子。
经过长期研究和探索,科学家们建立起被称为“标准模型”的粒子物理学理论,它把基本粒子(构成物质的亚原子结构)分成3大类:夸克、轻子与玻色子。“标准模型”的出现,使得各种粒子如万鸟归林般拥有了一个共同的“家园”。但是这一“家园”有个致命缺陷,那就是该模型无法解释物质质量的来源,建设‘对撞机’的目的就是要通过粒子的对撞撞击,在撞击点用仪器测量发散的粒子亚原子粒子,寻找粒子的‘超对称粒子’和希格斯耦合粒子以及粒子的超额外维相。寻找物质粒子质量的来源,探索新物理机制规律,了解自然性的“超对称性”“非平移性”“非定域性”“类轴子”衍射信息等粒子高能物理科学新领域和未来应用。因为;粒子的质量长生产生都有它的‘源’和粒子的‘激发’机制。
为了修补上述理论大厦的缺陷,英国科学家彼得希格斯提出了希格斯场的存在,并进而预言了希格斯玻色子的存在。假设出的希格斯玻色子是物质的质量之源,是电子和夸克等形成质量的基础。其他粒子在希格斯玻色子构成的“海洋”中游弋,受其作用而产生惯性,最终才有了质量。尔后所有的粒子在除引力外的另3种力的框架中相互作用,统一于“标准模型”之下,构筑成大千世界。
“标准模型”预言了61种基本粒子的存在,这些粒子基本都已被实验所证实,而希格斯玻色子是最后一种未被发现的粒子。