夸克和希格斯玻色子,希格斯波色子

希格斯玻色子是什么，真的被发现了吗？

希格斯粒子是从欧洲核子中心的强子对撞机里撞出来的标量粒子，自旋等于0，质量是125Ge V。在这里，e V是电子伏特，是一个能量单位。Ge V等于10的9次方个电子伏特。其中质子的静止静止大概是1Ge V，所以一个希格斯波色子大概等于125个质子的质量。在粒子物理的标准模型中，希格斯波色子是一种激发态，它是希格斯场中激发出来的。

希格斯场充满了整个宇宙。大部分粒子的质量来自于与希格斯场的耦合。2012年的7月4日，欧洲核子中心的2个探测器组一起宣布发现了希格斯粒子。所以这个粒子是已经被发现，并且已经被授予了诺贝尔物理学奖。不过你提出了一个很好的问题，现在这种粒子只能在欧洲核子中心才能发现，这就好像引力波只能在美国的ligo能被发现。

欧洲核子研究组织测得的希格斯玻色子的精确质量是多少？

欧洲核子研究组织（CERN）2012年宣布的希格斯玻色子发现被认为是十年来最大的科学发现之一。此后几年中，科学家一直在仔细地测量它的性质，现在欧洲核子研究组织团队已经对它的质量进行了最精确的测量。希格斯玻色子是一种非常重要的粒子-它是由粒子物理学标准模型预测的最后的基本粒子。该玻色子代表希格斯场（Higgs field），它均匀地遍布整个宇宙。

夸克和轻子等其他基本粒子通过与希格斯场相互作用来增加质量。该假说最早是在20世纪60年代提出的，但是直到2012年才直接发现希格斯玻色子，最终证实了这一机理。这为最初提出该想法的科学家赢得了2013年诺贝尔物理学奖。首次检测到希格斯玻色子的质量时，研究团队测得的质量约为125-126GeV。现在，该数字已进一步完善，不确定性在0.1％以内。

根据该团队的说法，希格斯玻色子的质量为125.35 GeV。这一新结果是基于2011年至2016年在大型强子对撞机上收集到的数据得出的。希格斯玻色子是不稳定的，通常会很快分解为更轻的粒子。在2011年和2012年，CMS检测器观测到希格斯玻色子衰减为两个Z玻色子，然后进一步衰减为四个轻子。在2016年，观测到它会衰变成两个光子。

研究人员将这些结果结合起来，得出了有史以来最精确的新质量测量值。虽然研究小组表示新的测量本身不会直接导致新的物理学，但确实增加了希格斯玻色子的困惑和标准模型的局限性。了解质量有助于改进将来对粒子其他性质的测量，以及我们可以期望在即将到来的粒子加速器中找到的质量。该团队表示，最终它将帮助我们“了解宇宙的长期稳定性”。

希格斯玻色子产生质量，质量引起引力，那么希格斯玻色子与引力是什么关系？

了解这个问题之前建议先观看一下 @妈咪说MommyTalk 解说的《粒子世界》系列。因为理解这个问题的前提需要理解标准模型、希格斯机制、希格斯玻色子以及量子场论等很多基本概念。量子物理标准模型是被广泛接受的微观世界框架，可以描述强力、弱力及电磁力三种基本力及组成所有物质的基本粒子的规律。除了引力以外，标准模型可以合理解释大多数物理现象。

这个标准模型的早期版本依赖规范场论所阐明的基本力源自于定域规范不变性，基本力由规范玻色子来传递，而规范场论严格规定传递电磁相互作用的规范玻色子不具有质量。比如光子的质量经实验证实确实为零。由此推论传递弱相互作用的W玻色子、Z玻色子也应该不具质量，可是实验证实W玻色子与Z玻色子的质量不为零，为了完善这个早期模型，须建立特别机制来赋予W玻色子、Z玻色子所具有的质量。

由此建立了希格斯机制，利用自发对称性破缺来赋予基本粒子质量，同时又不抵触规范场论。希格斯机制假设存在一种希格斯场，能够与某些基本粒子相互作用，并且利用自发对称性破缺使得它们获得质量。希格斯机制已被实验证实，相关理论已被纳入标准模型。希格斯玻色子是伴随希格斯场的带质量玻色子，是希格斯场的量子激发，它的自旋为零，宇称为正值，不带电荷、色荷，通过对撞机生成后会立刻衰变。

根据希格斯机制，基本粒子通过与希格斯场耦合而获得质量。标准模型只论述了强力、弱力及电磁力三种基本力及组成所有物质的基本粒子的规律，但它还不是一套万有理论，因为它并没有合适的论述到引力。物理学家正尝试将规范玻色子、相对论与万有引力组合成为一个统一的整体，但引力如何与其他三个基本力相互影响还是一个未决问题。

基本粒子的质量是希格斯玻色子赋予的，那希格斯玻色子的质量又是怎么来的？

这是一个科学发现的伟大故事，但是真正的主角却被玻尔、薛定谔、爱因斯坦等人的光环所掩盖。●这张照片里找不到本文要介绍的科学家。这位伟大的科学家，就是艾米.诺特（女的），真正意义上的科学女王。为什么能量要守恒？为什么动量要守恒？为什么永动机是永远也无法造出来的？在1915年之前，物理学家们只知道能量守恒和动量守恒是长期实验观察中的结果，因而成为一种所谓的原理。

但是并没有人知道其背后的原因。科学家存在的意义，就是告诉人类无法用肉眼看到的规律。牛顿万有引力定律，规律表现在距离平方的倒数关系，这是在空间中无法观察到的。在地球和太阳之间能看到平方吗？能看到倒数吗？这是看不到的，这是牛顿告诉我们的。但是，并不是所有的科学定律，都具有相同的发现难度。牛顿万有引力定律相对来说比较简单。

因为可以从某种几何测量中得到一系列的可观测数据，然后再通过对这些可观测数据进行分析，可以猜到一些关键的节点，比如说平方关系。在牛顿之前，开普勒通过对行星围绕太阳运动的长期观测，已经确立了一些关系。开普勒告诉我们：行星围绕恒星运动的轨迹是一个椭圆，恒星位于椭圆的焦点；恒星与行星之间的连线，在相同的时间扫过相同的面积。

椭圆是一个二次曲线，而面积也是尺度平方的关系，这给了牛顿以启发。先从实验数据的积累开始，总结出一般性规律。然后再把得到的规律应用于实践中，再根据实验中的数据对原来的规律进行修整。在20世纪以前，人类发现的科学定律，基本上都是这样确立的。●万有引力的测量装置，可以检验万有引力定律的正确性。形而之上谓之道，这是支配物质世界的第1层规律。

道之上更有道，这是世界的第2层规律。牛顿万有引力定律是物质世界的第1层规律，能量守恒和动量守恒，就是道之上的道。道之上的道，其作用超越了物质的形体变化，所以无法从直接观测物质世界的运动情况总结出其背后的原因。像动量守恒和能量守恒这样的物理规律，长期以来是默认正确和存在的。1915年，也就是广义相对论发表的那一年，艾米.诺特证明了一个重要的定律：如果一个数学形式可以经过某种连续变换，保持形式上的不变，则必然有一个守恒的流形与之相对应。

这个定律被称为诺特定律（正式发表是在1918年）。一个数学形式经过某种变换保持形式上的不变，从几何学上可以理解为某种对称性。就比如说人在镜子前面，镜子里和镜子外面的人的影像是对称的，以及水面倒影的景物也是对称的。如果我们在镜子外面做物理实验总结出物理规律，与镜子里面观察到的数据总结出来的物理规律是一样的，这被称为宇称守恒。

我们在镜子外面抛一个石头，它的轨迹是一个二次曲线；我们测量镜子里面石头的运动轨迹，也是一个二次曲线。所以，我们可以说镜子外面的规律，经过了镜子的映射完成了一个变换，但是保持了数学形式上的不变性。诺特定律把对称性和守恒性关联在一起，这就是道之上的道。动量之所以守恒，是因为时空具有旋转对称性；能量之所以守恒，是因为时空具有平移对称性。

如果对称性被打破，守恒性就会被打破。现在，我们可以来回答这个问题了：希格斯玻色子赋予了万物质量，谁赋予了希格斯玻色子质量？希格斯玻色子在高能标下，对称性会自发破缺，自动获得质量。●下面这张图是希格斯玻色子获得质量的示意图。用最通俗的大白话来说，希格斯玻色子从能量的最高点滚下来的时候，就会获得质量。这种质量的获得方式，被称为希格斯机制。

2013年，在欧洲强子对撞机工作的科学家宣布发现了希格斯玻色子，正式确认希格斯机制的正确性。但是，不要忘记，艾米.诺特才是20世纪中后期一系列伟大科学发现的妈妈。●艾米.诺特（1882~1935），科学界唯一女皇。对称性、对称性破缺和质量起源，涉及到了一个数学概念：数学变换。在诺特定律之前，没有人认识到数学变换对于物理发现的意义。

但是，诺特定律之后，这一切都改变了。如果我们把狭义相对论从全域变换向局域变换做一个推广，就可以直接得到广义相对论。这被称为广义相对论的数学证明，这也是由艾米诺特完成的。把一种物理学规律从全域变换向局域变换进行推广，可以得到全新的物理学规律，这是已知获得道上之道的最佳方法。杨振宁受此启发，把麦克斯韦方程从全域变换向局域变换进行了推广，得到了杨米尔斯方程。