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歐洲核子研究組織(CERN)發現「上帝粒子」─希格斯粒子

2012年7月4日,歐洲核子研究組織透過大強子對撞機(LHS)發現傳說中的「上帝粒子」─希格斯玻色子,此發現不僅幫助希格斯與恩格勒於2013年獲得諾貝爾物理學獎的殊榮,更替近代物理學立下相當重要的里程碑。
 
 
2012/7/4歐洲核子組織(CERN)研究人員宣布發現希格斯粒子。
 
2012年7月4日,歐洲核子研究組織(CERN)宣布,透過大強子對撞機(LHS)他們發現了傳說中的「上帝粒子」─希格斯玻色子(the Higgs boson),除證實了英國物理學家希格斯(Peter Higgs)多年前的預測外,也替宇宙中各種基本粒子運行作用的模型,補上了極重要的一片拼圖。
 
在粒子物理學中,科學家利用「標準模型」理論來解釋宇宙間各種粒子的互動,並描述自然界四大基本力中的強作用力、弱作用力和電磁力都是透過交換「玻色子」而產生的,例如兩個粒子間若交換光子可得到電磁力,交換膠子可得到強作用力,而交換W、Z玻色子時則生成弱作用力。隨著夸克、輕子等基本粒子陸續被發現,由標準模型衍生的諸多假設,也一一獲得證明。
 
然而,美中不足的是看似完美的模型,卻沒有辦法解釋四大基本力中的「重力」,以及基本粒子的質量究竟是從何而來。有鑑於此,希格斯、恩格勒(François Englert)及布繞特(Robert Brout)於1964年提出了「希格斯機制」的概念,他們認為宇宙中存在著「希格斯場」,而基本粒子就是透過與希格斯場中的「希格斯粒子」作用以獲得質量。因此,希格斯玻色子是否存在,幾乎可說是標準模型完備與否的關鍵。
 
2012年夏天,CERN對外宣布,他們在大強子對撞機的緊湊渺子線圈(CMS)及超環面儀器(ATLAS)中偵測到一種新的玻色子,其自旋為0,並會衰變成兩個光子,這種特殊的性質與希格斯玻色子相當類似。隔年3月14日,CERN進一步發布新聞稿證實,他們先前探測到的新粒子應該就是科學家尋覓多年的「希格斯粒子」。
 
希格斯玻色子的發現不僅幫助希格斯與恩格勒於2013年獲得了諾貝爾物理學獎的殊榮,更替近代物理學立下了相當重要的里程碑。因為,此重大發現除了揭開質量及重力的起源外,希格斯粒子更是標準模型所預測的61種基本粒子中,最後一個被找到的。換言之,雖然自然界中仍有許多標準模型尚無法解釋的問題,但希格斯玻色子的發現,可說是完善地解釋了標準模型中所有基本粒子間的作用。
 
值得一提的是,發現希格斯玻色子是上千名科學家共同努力的成果,而台灣的研究團隊沒有缺席,也參與其中。當時,在歐洲核子研究組織主持的「大強子對撞機計畫」之中,台灣大學和中央大學物理系都名列CMS的研究團隊行列,中央研究院則與ATLAS團隊合作,這些努力不僅讓台灣能在物理史的重要時刻上留名,更大幅提升了台灣物理學界在國際上的能見度。 
 
參考資料
1.CERN《The Higgs boson》
2.CERN《Standard Model》
3.The Higgs boson: the hunt, the discovery, the study and some future perspectives
4.Peter Higgs
5.CNN《What is the Higgs boson and why is it important?》
6.Focus: Nobel Prize—Why Particles Have Mass
 
 
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