Physics World公布2012年物理学10项重大突破

Physics World根据基础研究的进展、重要的知识扩展、理论与实验结合的特色以及物理学界的兴趣等几方面的情况,选出了2012年物理学的以下10项重大突破性研究成果. (1) 疑似Higgs粒子的发现 在欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机超环面探测器(ATLAS)和紧凑型缪子螺线管探测器(CMS)实验组的物理学家们宣布发现疑似Higgs粒子.其质量约为125-126GeV/c2,置信度为5σ.这是21世纪物理学上最重要的发现.Higgs粒子及相关的Higgs场可以解释大爆炸后电弱对称性的破缺,使一些基本粒子具有质量.在描述相互作用力及基本粒子方面取得极大成功的标准模型预言了62种基本粒子的存在.而Higgs粒子则是长期以来一直在寻找的最后一种粒子.     

成功的道路 辉煌的成就——CERN成立60周年有感

<正>权威科技杂志每年评出的十大科技进展往往是人们最为关注的重大科技新闻。美国《科学》杂志网站2012年12月20日公布了该刊评选的2012年十大科学进展,其中发现被称为"上帝粒子"的希格斯(Higgs)玻色子列为首条并被尊为该年度最大科学突破。网站是这样介绍的:希格斯玻色子是英国教授希格斯(P.Higgs)在20世纪60年代的理论研究中预言存在的粒子,是物质的质量之源,其他粒子在希格斯     

摆动的真空是质量的来源吗？

物质的质量从何而来是自然界最深层次的秘密之一.40多年前,物理学家希格斯(P.W.Higgs)提出是一种玻色子引发的场给予物质以质量,此后,学界便称这种粒子为希格斯玻色子(Higgs boson).十多年来,花费了相当多的时间和金钱在用粒子加速器寻找此种粒子,但迄无所获.2008年9月10日启动的目前世界上能量最大的强子对撞机(LHC)的任务之一就是企图发现这一假想存在的粒子①.     

CEPC上的物理和探测器

经过近半个世纪的寻找,2012年,物理学家在欧洲核子中心的大型强子对撞机(LHC)上发现了希格斯玻色子(Higgs Boson),补全了粒子物理标准模型粒子谱的最后一块拼图(图1)。粒子物理标准模型是人类迄今为止构建的最为成功的物理模型之一。     

上帝粒子《HIGGS》一书的特色与思考

在2012年7月由标准模型预言的Higgs粒子发现之后,随即牛津大学出版了英国著名科普作家Jim Baggott的《HIGGS》一书.基于《HIGGS》在Higgs粒子发现之后能够迅速的被认可和出版,并且为了将这本书向广大读者推广,笔者在本文中介绍了该书的主要内容、主要特色,并给出了几点评论,以便能够引导读者更好的品读此书.     

1955年1月15日:论文“气泡室的特性”在《物理评论》发表

 1912年,物理学家赫斯（V. Hess）在做游离室气球实验时,原期待会发现高度越高时,大气中的电离会越低。可是他发现事实刚好相反：大气中的电离实际上随高度而增加。他下结论说,一定是有辐射从太空进入我们的大气层,这些辐射后来被称为宇宙线。去找出侦测那些粒子的方法,来看见原先看不见的粒子就成了物理学家的重要挑战。接受此挑战的人中有两个人特别突出：威尔逊（C. Wilson）和格拉泽（D. Glaser）。     

2013年诺贝尔物理学奖获得者——彼得·希格斯

彼得·希格斯(Peter Higgs)是英国著名的理论物理学家,因是希格斯机制的主要贡献人之一及以其名字命名的希格斯粒子而闻名于世。彼得·希格斯与弗朗索瓦·恩格勒(Francois Englert)共同获得了2013年诺贝尔物理学奖。文章简要介绍了彼得·希格斯的生平,希格斯机制的提出以及希格斯粒子命名的由来。此外,文章还简要回顾了希格斯粒子的发现过程。     

希格斯与他的“上帝粒子”

  因提出“希格斯机制”和预言“希格斯玻色子”而闻名于世的彼得&#8226;希格斯（Peter Higgs）2009年获得瑞典皇家科学院诺贝尔物理学奖评委会和斯德哥尔摩大学联合颁发的奥斯卡&#8226;克莱因（Oskar Klein）奖。10月1日,希格斯在Alba Nova大学中心做了题为“我作为玻色子的一生”（My Life as a Boson）的获奖演讲。随着坐落在西欧核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）即将开始运行取数并寻找那个给予基本粒子以质量的“上帝粒子”——希格斯玻色子,越来越多的人开始关注希格斯机制和它背后的物理,甚至为LHC能否找到希格斯粒子而打赌。为了以简单通俗的语言还原四十多年前发现希格斯机制的真实过程,我们在此翻译了《Physics World》由编辑彼得&#8226;罗杰斯（Peter Rodges）于2004年7月采访希格斯本人后所撰写的文章《Peter Higgs: the Man behind the Boson》,以飨读者。     

探索看不见的存在——简评《1小时粒子物理简史》

正2020年三月,加拿大女性物理学家宝琳·加尼翁(Pauline Gagnon)所著的科普畅销书《谁在乎粒子物理学:解读希格斯玻色子、大型强子对撞机和欧洲核子研究中心》(Who Cares about Particle Physics:Making sense of the Higgs boson, the Large Hadron Collider and CERN)的简体中文版被冠以新书名《1小时粒子物理简史》在中国大陆问世,     

物理学史中的九月

 1932年查德威克（James Chadwick）发现中子,确立原子核是由质子和中子组成后,物理学家认为基本粒子只有四种：光子、电子、质子和中子。第二次世界大战后,新粒子不断地在宇宙线和能量越建越高的新加速器中被发现,看似杂乱无章,令物理学家困惑不已,而出现了"粒子园"之词。盖尔曼（Murray Gell-Mann）经由对称性的考虑,提出夸克假设,得到实验证实,使得组成宇宙的基本粒子美丽、简单有序的景象得以呈现。     

在LEPⅡ及NLC能量下e+e—→bb Z0 和 tt－Z0过程中Higgs粒子的观测效应

根据最小标准模型及双Higgs二重态的扩展标准模型理论,计算了LEPⅡ以及NLC能量下e⁺e^—→bb Z⁰ 和 tt－Z⁰的总截面和微分截面以探求Higgs粒子的观测效应.我们发现,只要Higgs粒子的质量M_H≤140GeV,对e⁺e^—→bb Z⁰的测量就能清楚地提供Higgs粒子的信息.然而对e⁺e^—→tt－Z⁰,不论Higgs粒子是轻或重,它的效应都被淹没在弱电过程的本底中,没有观测的可能.     

顶夸克质量的最新结果

实验室的Dφ合作组的物理学家们对顶夸克的质量进行了迄今为止最精确的测量．结果对于寻找与质量起源有关的Higgs粒子以及寻找超出粒子物理标准模型的新物理有重要意义(论文发表在Nature，429：638上)．     

物理学史中的十月——1993年10月:美国国会撤销对超导超级对撞机的资助

 2012年7月,全球物理学家都因欧洲核物理研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）可能发现了粒子物理学标准模型中的最后一种基本粒子——希格斯玻色子——而雀跃不已。     

探索凝聚态中的马约拉纳粒子专题编者按

正年轻的意大利理论物理学家马约拉纳在1937年研究狄拉克方程时,发现了一种奇异的粒子,其反粒子即其粒子本身.这种奇异粒子被后人称为马约拉纳粒子.在已知的基本粒子世界,除了中微子,都不是马约拉纳粒子(Majorana),而中微子是否是马约拉纳粒子尚待实验检测.最近以来,探     

探索两个世界的分界线

据2008年9月27日美国Science News报道:9月3日费米实验室的Dzero探测器发言人DmitriDenisov宣布,他们发现了一个由底夸克和围绕着它旋转的两个奇异夸克组成的奇异粒子,该粒子被命名为Ωb-(Omega-b-minus).这是继1964.年发现由3个奇异夸克组成的奇异粒子后,又一个符合粒子物理标准模型所预见的粒子.美国斯坦福直线加速器中心的物理学家Michael Peskin誉此发现为装饰在美妙理论桂冠上的又一根羽毛.     

中能核物理和粒子物理的一些有兴趣的问题

约在三十年前,粒子物理脱离核物理作为独立的领域兴起了。当时核物理的研究对象被认为是通过二核子相互作用而组成的多核子系统。那时,核物理学家正在阐明壳层结构,发现了集体运动模式,并基于有效的核子-核子相互作用力而发展一种微观的核理论,粒子物理学家也发现并把粒子分为重子、介子、轻子三大类,建立了强、电磁和弱的三种基本相互作用的理论。目前关于思考基本相互作用的主要倾向也分成三个范畴。首先是关于弱、电磁相互作用的统一理论,它把轻子和夸克家族密切联系起来,并把它们划分为不同的“代”,每一“代”内的成员之间的联系媒介是规范粒子也或许还有Higgs 粒子。     

Ωb-——一个新发现的奇异粒子

据2008年9月27日美国Science News报道:9月3日费米实验室的Dzero探测器发言人DmitriDenisov宣布,他们发现了一个由底夸克和围绕着它旋转的两个奇异夸克组成的奇异粒子,该粒子被命名为Ωb-(Omega-b-minus).这是继1964.年发现由3个奇异夸克组成的奇异粒子后,又一个符合粒子物理标准模型所预见的粒子.美国斯坦福直线加速器中心的物理学家Michael Peskin誉此发现为装饰在美妙理论桂冠上的又一根羽毛.     

SU(2)Higgs场的玻色凝结和Weinberg-Salam模型中的电子质量

本文推广Higgs场的玻色凝结概念到SU（2）Higgs φ⁴模型。证明在Higgs场的自作用下,当荷电复场和中性复场的凝聚密度之和不变时,对称凝聚和不对称凝聚的真空能量相同,元激发谐也都包含三个Goldstone粒子和一个质量为2^1/2 m的粒子,并由此出发,通过引入无质量涡电子和中性Higgs场的耦合,给出了和Weinberg-Salam模型相符的电子质量。     

类星体实验可能确认轴子的存在

轴子（axion）是种尚未被物理学家最终确认存在的假想中的超轻粒子，它的质量是电子的一万亿分之一（1×10^12）．它最初在20世纪70年代被提出，用于解释强相互作用实验与理论的差异近年来，物理学家们也在怀疑轴子是一种广泛存在于宇宙空间的暗物质；一些科学家则认为在每立方厘米的空间中存在一百万亿（10^14）个轴子．     

CERN实验观测到疑似Higgs玻色子的粒子

2012年7月4日,欧洲核子研究中心（CERN）发布新闻说,当日在CERN举行的学术讨论会上,在大型强子对撞机LHC上进行的两个实验（AT-LAS实验和CMS实验）的负责人报告了他们寻找Higgs（希格斯）粒子的最新的初步结果.这两个实验都观测到一种新的粒子,其质量在125—126GeV范围内．该讨论会作为在墨尔本举行的国际高能物理会议（ICHEP）的序幕,通过视频与ICHEP相连接,同时通过互联网向世界各地研究机构的同行转播．