物理学家|本文，高能！( 三 ) 相对论|中微子|对撞机

中微子的质量从何而来？物理学家还不是很清楚但其他粒子的质量与弥漫在宇宙中的希格斯场息息相关 20世纪60年代物理学家发现粒子与希格斯场作用的强度决定了它们质量的大小夸克和W、Z玻色子都是通过与希格斯场作用而获得的而与希格斯场相关的粒子正是希格斯玻色子除了希格斯玻色子外标准模型中还有一类玻色子叫 “规范玻色子” 它们是载力粒子物质之间的“交流”就是由规范玻色子传递的电子和质子彼此间感受到的电磁力是由光子传递的夸克之所以能够结合在一起是因为传递强核力的胶子将它们紧紧地束缚住而支配粒子发生衰变的弱相互作用则是由W和Z玻色子传递的
电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用在不同的尺度下支配着万物的运作1967年温伯格发表了一篇标志性的论文《轻子模型》这是标准模型的核心之一在只有两页半纸的论文中温伯格统一了电磁相互作用和弱相互作用他的理论表明这两种力只是“电弱相互作用”的不同方面就好比电磁相互作用是电和磁的两面
基本粒子非常之小无论物理学家如何眯着眼睛都无法用显微镜看到夸克那物理学家究竟是如何“看”到它们的？答案是粒子加速器！肉眼之所以能看到物体是因为可见光在物体表面反射但显然肉眼无法看到粒子这是因为粒子的波长远小于可见光的波长粒子的波长与能量成反比这意味着要研究放大10亿倍的细节就需要将粒子的能量提高10亿倍这是加速器用于研究亚原子世界的基本原理从上个世纪30年代开始物理学家所触及到的能量约为100keV eV是能量单位 1eV = 1.602176634×10?1?J 随着技术的进步加速粒子的能量越来越高能够探索的尺度也越来越小物理学家想要建造更大的加速器就是为了在更高的能量探索粒子世界希望能够有全新的发现加速器有许多不同的类型比如同步加速器、回旋加速器、直线加速器目前世界上最大的加速器是大型强子对撞机位于法国和瑞士的边界在大型强子对撞机中两束质子会不断的加速在被探测器包围的地方进行对撞爱因斯坦的质能等价告诉我们能量越高就越有可能创造出不稳定的大质量粒子【物理学家|本文，高能！】
探测器的不同部件会追踪不同的粒子在标准模型建立之后加速器的高速发展陆续发现了预言的粒子比如电弱理论预言的W和Z粒子到了2012年标准模型的最后一个未被发现的粒子希格斯玻色子终于在大型强子对撞机中被找到
但这是否意味着粒子物理学已经走到尽头？剩下的工作就是对理论的修修补补？答案是否定的！希格斯玻色子的发现是结束也是新的开始虽然标准模型经历所有最严格的检验但仍然有许多问题是它无法回答的
例如遍布宇宙中的暗物质是什么？推动宇宙加速膨胀的暗能量又是什么？为什么引力比其他三种基本力要弱？为什么宇宙主要是由物质构成的？空间真的只有三个维度吗？......为了解决这些问题理论学家已经提出了各种不同的模型也预言了许多新的粒子物理学家曾经对超对称理论寄予厚望该理论假设所有的费米子都有一个玻色子的超对称伙伴所有的玻色子也都有费米子的超对称伙伴如果能找到超对称粒子暗物质的问题似乎就迎刃而解
更令人惊喜的是当考虑到超对称的时候电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用能够在更高的能量下统一成“大统一力”
一些粒子物理学家曾预期在大约100GeV和1TeV能量区间能够找到最轻的超对称粒子但事与愿违大型强子对撞机至今没有发现任何超对称粒子的踪迹尽管实验学家没有获得根本性的突破但却不能停止理论学家的步伐物理学家的终极目标是找到一个 “ 万有理论 ” 将四种基本力统一到一个框架中换句话说物理学家希望找到一个能够统一量子场论和广义相对论的理论弦论是迄今为止最有潜力的万有理论它假设已知所有的基本力都是由振动的弦组成 2020年度的狄拉克奖授予了三位弦论物理学家但弦论面临着一些严峻的问题比如无法被实验直接验证