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希格斯玻色子
2015/11/02
1994
宇宙中充滿著一種叫做「希格斯玻色子」的粒子,我們熟悉的電子等基本粒子,就是因為跟希格斯玻色子產生作用,才能獲得質量。
 
 
2013年諾貝爾物理學獎揭曉,獲獎人為84歲的英國科學家希格斯,與81歲的比利時科學家恩格勒。因為兩人的貢獻,人類才了解到,宇宙中充滿著一種叫做「希格斯玻色子」的粒子,我們熟悉的電子等基本粒子,就是因為跟希格斯玻色子產生作用,才能獲得質量。請聽今天的科學三分鐘,與您分享物理學的大發現:希格斯玻色子。

質量,是物理學最基本的觀念之一。我們在地球上會有體重,是因為具有質量。在這個世界上,花草樹木、蟲魚鳥獸,乃至於我們喝的水,呼吸的空氣,萬物都是由原子組成的,也都具有質量。像電子、或是組成質子、中子的夸克等基本粒子,假如它們沒有質量的話,就連原子也不會形成,你我當然也不存在了。

今年榮獲諾貝爾物理學獎的希格斯和恩格勒,兩人在1964年分別提出一種假設,來解釋物質如何獲得質量。這個假設逐漸發展成完整的理論,簡單來說,宇宙中充滿著一種叫做「希格斯玻色子」的粒子,基本粒子就是因為跟這種粒子產生作用,才能獲得質量。

我們可以嘗試用一個具象的比喻,來說明這套理論。因為只是比喻,不能說完全跟實際狀況相同,不過可以幫助我們了解。我們可以想像有一個熱鬧的派對,而希格斯玻色子這種粒子,就是派對中的群眾。

想像這時候,派對會場外面有人走進來,如果走進來的是「光子」,他是個非常沒有存在感的人,跟派對裡的群眾完全沒有互動,所以它可以快速通過派對會場。用物理學的語言說,就是光子跟希格斯玻色子完全沒有交互作用,因此光子沒有質量,而且會以光速通過。

然後,「電子」進場了,您可以想像他在派對裡的朋友不多,所以通過派對會場的時候,只會遇到一點點的阻力。換句話說,就是電子跟希格斯玻色子的交互作用不太大,所以電子的質量很小。

最後,輪到質量比較大的基本粒子,比方說某一種夸克進場了,他就像是個大明星,派對裡的群眾上前圍著他,他想要通過會場,阻力當然大得多。用物理學的語言說,就是夸克跟希格斯玻色子的交互作用比較大,也會獲得比較大的質量。

想證明這套理論正確,其中一個關鍵,就是要找到實驗證據,證明希格斯玻色子真的存在。這件事情並不簡單,人類為此努力了幾十年。直到2012年七月份,歐洲粒子物理研究中心(CERN)才宣布,他們利用大強子對撞機進行實驗,根據觀測到的訊號,才證實了「希格斯玻色子」的存在。

值得一提的是,由中研院、中央大學與臺灣大學共同組成的臺灣研究團隊,也參與了大強子對撞機的實驗計畫,並在發現「希格斯玻色子」的過程中,有具體的貢獻,可以說與國際團隊共享了這項重大發現的榮耀。

希格斯與恩格勒的理論,能夠解釋「質量」是怎麼來的,當然是物理學上的重要里程碑,難怪諾貝爾獎評審團會用以下這句話,來形容兩人所提出的「希格斯玻色子」就是:「沒有它,我們就不存在。」

今天的科學關鍵字,就是:「希格斯玻色子」(Higgs Boson),您可以透過這個關鍵字,進一步查詢或做延伸閱讀。

【本單元由行政院國家科學委員會補助製播】
2013-10-20 16:55:00播出
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