希格斯玻色子 - 模型

　　标准模型

　　粒子物理学在20世纪50年代，经历了一个短暂的困难时期，从60年代开始，基于杨-米尔斯的非阿贝尔规范场理论，逐步构建完成了标准模型理论。标准模型早已成为粒子物理学的主流理论，它的很多预言不断为一个又一个激动人心的实验成果所证实。标准模型是一套描述强作用力、弱作用力及电磁力这三种基本力及组成所有物质的基本粒子的理论。它属于量子场论的范畴，但是没有描述重力。

　　欧洲核子中心大型强子对撞机示意图标准模型包含费米子及玻色子两类——费米子为拥有半整数的自旋并遵守泡利不相容原理（这原理指出没有相同的费米子能占有同样的量子态）的粒子；玻色子则拥有整数自旋而并不遵守泡利不相容原理。简单地说，费米子组成物质的粒子，而玻色子负责传递各种作用力。电弱统一理论与量子色动力学在标准模型中合并为一。这些理论都基于规范场论，即把费米子跟玻色子配对起来，以描述费米子之间的力。由于每组中介玻色子的拉格朗日函数在规范变换中都不变，所以这些中介玻色子就被称为“规范玻色子”。

　　标准模型所包含的玻色子有：负责传递电磁力的光子；负责传递弱核力的W及Z玻色子；负责传递强核力的8种胶子。

　　最初提到的希格斯粒子，也是一种玻色子，然而它与上述这些规范玻色子不同，希格斯粒子负责引导规范变换中的对称性自发破缺，是惯性质量的来源，因此并不是规范玻色子。

　　在研究过程中，杨-米尔理论无论应用到弱还是强相互作用中所遇到的主要障碍就是质量问题，由于规范理论规范对称性禁止规范玻色子带有任何质量，然而这一禁忌却与实验中的观测不相符合，如果不能解决质量问题，将使得整个研究失去基础。一开始人们试图通过自发对称破缺机制，即打破规范理论中对拉氏量对称性的严格要求，使得物理真空中的拉氏量不再满足这种对称性，然而到了1962年，每一个自发对称性破缺都被证明必定伴随着一个无质量无自旋粒子，这无疑也是不可能的。

　　1964年，英国物理学家希格斯（Higgs）解决了这个问题，使得自发对称性破缺发生时，那个无质量无自旋粒子仍然存在，但它将变成规范粒子的螺旋性为零的分量，从而使规范粒子获得质量。这一方法被标准模型所借鉴，标准模型通过引入基本标量场——希格斯场来实现谓希格斯机制。通过希格斯场产生对称性破缺，同时在现实世界留下了一个自旋为零的希格斯粒子。 这样也就明白了为何希格斯粒子如此重要的原因，可以说它是整个标准模型的基石，如果希格斯粒子不存在，将使整个标准模型失去效力。

　　其他模型

　　LEP帮助科学家寻找希格斯玻色子美国曾进行的一项原子撞击实验结果显示，所谓的“上帝粒子”实际上可能是5种截然不同的粒子。一些理论家认为希格斯玻色子并不单单指一种粒子，而是多种质量相似但所带电荷存在差异的粒子。美国伊利诺斯州巴达维亚费米实验室的研究人员指出，他们发现了能够证明这种“多种粒子理论”的证据。有关“上帝粒子”的单一粒子理论就此面临挑战。

　　在费米实验室万亿电子伏粒子对撞机进行的一项名为“DZero”的实验中，科学家发现质子和反质子相撞更多的是产生物质粒子而不是反物质粒子。研究报告联合执笔人、费米实验室理论物理学家亚当·马丁表示，两者之间相差很少，不到1%，但无法利用假定只存在一种希格斯玻色子的标准模型加以解释。同时他认为这种影响实际上非常小，但如果将标准模型中所有最初原则考虑在内，这种影响仍远远超过科学家的想象。

　　标准模型假设只存在一种希格斯粒子，无法解释DZero实验的结果。如果科学家假定希格斯玻色子实际上是指5种粒子——也就是对标准模型进行扩展，形成双希格斯二重态模型——DZero实验的结果便可以解释。亚当·马丁表示，在对标准模型进行扩展时，加入了新的粒子和新的交互作用。新的交互作用对物质和反物质区别对待，因此能够促使实验中出现更大的影响。