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500万彩票网电脑版官网-为什么宇宙中不存在两个质量一样的希格斯玻色子
2019-11-04 21:57:50

量子物理学最令人费解的一个方面,是它彻底地应战咱们的直觉。假如你拿一个安稳的量子粒子,比方一个电子,你会发现它与一切类似的粒子有一同的性质。例如,每个电子都有:

  • 相同的质量: 511 keV/c
  • 相同的电荷: -1.6 10^(-19) C
  • 相同的量子自旋:ℏ/2

除了电子磁矩等其他固有性质外,它还遵从泡利不相容原理,该原理指出:在费米子组成的体系中,不能有两个或两个以上的粒子处于完全相同的状况。这个好了解,由于粒子的方位和动量这样的量是改动的,所以对其间一个粒子精确丈量,但并不意味你对另一个粒子就能一目了然。

但并非一切的粒子都像电子。对其间某些微粒子来说,同类粒子的质量也存在差异。

(上图阐明:国际的量子性质告知咱们,某些量具有内涵的不确认性,而成对的量具有互相相关的不确认性。)

从理论家的视点来看,每逢两个可丈量的、可观测的特性以十分详细的方法相关时,量子不确认性就起着重要的效果:假如它们对错交流性的。想一想某个东西会或不会是交流性的主意是很古怪的,它或许会让你回忆起奇特的数学性质或特征。但这个简略的比如或许会协助你直观地考虑它。

假定你是一个量子粒子,一个科学家来测验丈量你的一些内涵特点。假如科学家首要丈量你的方位(即你地点的方位),然后丈量你的动量(即你在特定方向上移动的速度),他们会得到两个答案:第一个方位,然后是动量。现在,假定科学家依照另一个次序进行:首要丈量你的动量,然后丈量你的方位。假如将这两个变量转化,不论次序怎么,都会得到相同的答案。

(这张图阐明晰方位和动量之间固有的不确认性关系。当一个被更精确地知道时,另一个就不能被更精确地知道。)

在经典的宏观国际中,一切变量都是交流的。不论你是按什么次序丈量,你都会得到相同的答案,不论你是先丈量方位仍是动量。这是由于进行丈量不会影响丈量自身的成果:目标的经典状况便是它自身,而不论您是否进行丈量。

可是在量子国际中,进行丈量的行为能够把你的量子状况从一个不确认的状况转移到一个确认的状况。当变量不交流时,在一对周星驰新电影可丈量的量之间有一个固有的不确认性。假如你把一个量子丈量到一个特定的精度,另一个,依据物理学的性质,变得固有的更不确认。尽管咱们一般将其与方位和动量联系起来,但其他变量对也显现了这种行为。

将具有两种或许自旋构型的粒子经过特定类型的磁铁将导致粒子割裂为+和-自旋状况。

假如你把一束电子穿过磁场,或许会看到最违背直觉的效应。假如你的磁场在x方向上对齐,你的电子将在+x或-x方向上曲折,这取决于x方向的自旋是对齐的仍是与磁场反对齐的。

但问题是:电子的自旋,即ℏ/2,并不局限于x方向。咱们的空间有三个维度:x、y和z。假如你确认电子在其间一个维度的自旋,你会主动损坏其他两个维度的信息。假如你从x方向得到+ℏ/2电子,然后在y方向经过磁场,你不只会看到这个方向的割裂,而且进行丈量的行为会损坏x方向的信息。丈量一个电子在x轴上的自旋,然后y轴的方向会给你一个与丈量它在y轴上,然后x轴方向天壤之别的电子!

(上图:屡次接连的斯特恩-格拉赫试验,依据量子粒子的自旋沿一个轴割裂,将在垂直于最近丈量的方向上形成进一步的磁割裂,但在同一方向上没有额定的割裂。)

或许“四乘以二”会给你一个不同于“二乘以四”的答案,这没有什么含义,但某些量子运营者的确有这个性质:他们不上下班往复。这种底子和不可避免的特性被称为海森堡不确认性,它发作在任何两个非交流变量/算子之间。关于x、y和z方向的角动量或类似方位(x)和动量(p)的量,不能疏忽这种固有的不确认性。

有许多其他物理量在它们之间500万彩票网电脑版官网-为什么宇宙中不存在两个质量一样的希格斯玻色子具有相同的不确认性关系。咱们称之为共轭变量。称之为共轭变量。它们包含角动量(l)和角方位()、自由电荷(q)和电压(),以及与这特别相关的一对能量(e)和时间(t)。

(上图:QCD 的可视化阐明晰粒子/反粒子对怎么由于海森堡的不确认性在很短的时间内从量子真空中弹出。量子真空之所以风趣,是由于它要求空间自身不是那么空,而是充满了描绘咱们国际的量子场理论所要求的各种状况的一切粒子、反粒子和场。把这些放在一同,你会发现,真空空间有一个零点能量,实际上大于零。)

假如你要看一看真空空间自身,你或许会得出结论,里边什么都没有。可是在量子层面上,有量子场渗透了一切的空间,这些场不只存在于零能量状况;它们存在于能量动摇(e)中,跟着你调查的时间尺度(t)变短,能量动摇(e)会变大。海森堡的不确认性关系告知你的是,这两个不确认性的乘积有必要总是大于或等于一个有限的量:ℏ/2。

当咱们评论一个实在存在的粒子时,假如粒子是安稳的,你不用忧虑这种能量不确认性。原因很简略:安稳性意味着它的寿数是无限的。假如你给一个无限的生命加上一个有限的不确认性,你不会改动它的任何东西;给无限加一个常数是无关紧要的。可是假如你的粒子是不安稳的,这意味着它的寿数自身是不确认的(有一个真实的t),那么它的能量(e)也一定是不确认的。

(上图:几年前,CMS和Atlas协作宣告了对希格斯玻色子的第一个强壮的5西格玛勘探。可是希格斯玻色子并没有在数据中发生一个单一的“尖峰”,而是由于其内涵质量的不确认性而发生了一个分散的拱起。它的均匀质量值125gev/c是理论物理学的一个难题,但试验工作者不用忧虑:它存在,咱们能够发明它,现在咱们也能够丈量和研讨它的性质。)

现在,考虑决议不确认性的方程:et≥ℏ/2。当你有一个粒子寿数短一些时,它的t就会小一些。假如t较小,但et有必要大于(或等于)某个常数,那么这必定意味着e有必要较大。因而,由于爱因斯坦最著名的方程,e=mc,这个粒子的质量也有必要有一个固有的不确认性。

希格斯玻色子的寿数只要10^(-23)秒左右,因而有一个相当大的e:它的质量不确认,能量超越中值几兆电子伏。当500万彩票网电脑版官网-为什么宇宙中不存在两个质量一样的希格斯玻色子你发明出一个希格斯玻色子时,它的质量比125 gev/c的均匀值大或小一些。其他短寿数的,十分大的粒子,如W或Z玻色子,具有类似的内涵性质,乃至更大的宽度(或e):它们的质量不确认度约2-3%。

(上图:当你抵达顶部的一半时,上面图画中的固有宽度,或峰值宽度的一半,被丈量为2.5 gev:总质量的3%的固有不确认度。 )

但最严峻500万彩票网电脑版官网-为什么宇宙中不存在两个质量一样的希格斯玻色子的问题是顶夸克。顶夸克是整个规范模型中寿数最短的粒子,均匀寿数仅为0.5约克秒,或510^(-23)秒。当你发明一个顶夸克时,它或许寿数为该均匀时间的一半或四分之一,或该时间的两倍或三倍,或介于两者之间的任何地方。类似地,顶夸克也有一个均匀质量,但每个值都将遵从钟形曲线形状的散布。

尽管均匀顶夸克质量或许在173到174个gev/c之间,但一些顶夸克将低至165个gev/c,而另一些则高于180个gev/c。顶夸克质量的这些改动,实际上是从一个粒子到另一个粒子的改动。换句话说,每一个独自的顶夸克不一定和它周围的顶夸克有相同的质量!

(上图:从费米试验室的两个首要协作(D0和CDF)中,经过丈量各种衰变通道取得的顶夸克的各种均匀质量的最佳丈量。注意到巨大的不确认性,以及许多顶夸克看起来比均匀质量要大得多或小得多的现实。这不是过错!)

每逢你发明一个新的底子粒子时,假如它有一个有限的寿数,而且不是真实安稳的,那么它所具有的内涵能量必定会有一个内涵的不确认性。因而,从字面上看,它的质量与同一类型的其他粒子有底子的不同。

国际中的一切电子或许互相相同,但寿数有限且短,咱们能够确认,每一个希格斯玻色子、W玻色子、Z玻色子或顶夸克都有其共同的性质,这取决于分配其存在的量子不确认性。每一个这样的粒子都会有它自己共同的一组粒子,它们会衰变成分数级的能量,这些分数级的能量会传递给每一个子粒子,它们的方位、动量和角动量,是的,乃至它的能量和质量都会有不确认性。

(上图:在大型强子对撞机敞开之前,费米试验室CDF勘探器中顶夸克的重建质量散布显现了顶夸克质量的不确认性。尽管这首要是由于勘探器的不确认性,但作为这一宽峰的一部分,质量自身存在固有的不确认性。)

在这个量子国际中,每一个粒子都会有本质上不确认的特点,由于许多可丈量的特点都会因丈量自身的行为而改动,即便你丈量的特点不是你想知道的特点。尽管咱们一般会评论光子或电子的不确认性,但有些粒子也是不安稳的,这意味着它们的寿数不是由它们的发明时间决议的。关于这类粒子,它们的固有能量,因而它们的质量,也是固有的变量。

希格斯玻色子

尽管,咱们或许能够阐明特定品种的均匀不安稳粒子的质量,如希格斯玻色子或顶部夸克,但该类型的每个粒子都有其自身的共同值。量子不确认性现在能够令人信服地扩展到一个不安稳的、底子粒子的其他能量。在一个量子国际中,即便是像质量自身这样底子的性质,也不是原封不动的。