許多人造衛星將於2003年把波長調整到可見光譜帶以外,而歐洲航太局(The European Space Agency)也將於10月完成發射,並立即針對來自黑洞、超新星(supernovas)等天體的伽馬射線進行觀測。美國NASA的Swift探測器也將於12月對伽馬射線暴(gamma ray bursts)進行追蹤。而定於4月發射的空間紅外線望遠鏡設備,將對來自遙遠星系以及塵雲(dusty clouds)的熱量進行監測。屆時,天文學家們對於宇宙大爆炸理論有更深的認識。
在標準模型裡,只有特定幾種粒子能與希格斯場發生交互作用。這些粒子包括夸克、帶電輕子(e–,μ–,τ–)以及 W 和 Z 玻色子。這些粒子因為與真空中的希格斯場發生交互作用,從而獲得質量。對於這些粒子,它們與希格斯場的藕合強度與它們自身的質量成正比。所謂的希格斯玻色子,其實就是希格斯場在其真空值背景上的激發。
我們對希格斯玻色子的認識源自大型強子對撞機(LHC)的實驗數據。在 LHC 中,兩束質子互相對撞,質 子裡的夸克或膠子會發生散射,有可能從中產生希格斯玻色子。由於希格斯坡色子的壽命很短,只有约 10 -22 s 秒,被產生的希格斯玻色子在到達粒子探測器前已衰變成較穩定的粒子。
圖五 a:希格斯玻色子的典型過程費曼圖。
圖五 a 顯示了一個 LHC 中產生希格斯玻色子的典型過程的費曼圖。該過程的初態是兩顆來自質子的膠子(gluon),這兩顆膠子互相碰撞,產生了一對正反頂夸克,而由於頂夸克質量很大,從而與希格斯玻色子的藕合也很大,因而很有可能產生一顆希格斯玻色子,而該顆希格斯玻色子稍後衰變成兩顆 Z 玻色子,而這兩顆 Z 玻色子又各自衰變成一對正反帶電輕子(e+e– 或 μ+μ–),粒子探測器會探測到終態的四顆帶電輕子。
圖五 b:實驗中探測到的四顆帶電輕子的質心系總能量 m4l 分佈。
圖五 b 顯示了實驗中探測到的四顆帶電輕子的質心系總能量 m4l 分佈。藍色的部分顯示了非希格斯玻色子產生過程的供獻,而紅色部分即為產生希格斯玻色子所致,其峰位於希格斯玻色子的質量(125 GeV)。
當然,在 LHC 中,希格斯玻色子的產生和衰變不是只有如圖五 a 的過程,所有可能的產生和衰變過程的費曼圖如圖六。
圖六:所有會產生希格斯玻色子和希格斯玻色子衰變的過程。
在圖六中,(a)至(f)是產生一顆希格斯玻色子的過程,(g)至(j)是希格斯玻色子的衰變模式,(k)至 (o)是產生兩顆希格斯玻色子的過程。在這些圖中,粒子的記號如圖一,而 V 表代 W 或 Z,f 則代表質量非零的費米子,粒子 X 與希格斯玻色子的歸一化藕合強度記為 κX【註 5】(標準模型對應 κ=1)。值得注意的是,希格斯玻色子可以透過因量子漲落而產生的粒子迴圈與質量為零的膠子和光子發生間接交互作用(見圖六(a)、(i)和 (j))。產生過程(a)至(d)以及衰變過程(g)至(j)都已被實驗證實。我們可以從這些眾多的過程所獲得的數據推斷出粒子與希格斯玻色子的歸一化藕合強度 κ。
圖七 a:從實驗數據中得到的 κ 值,紅色直線代表標準模型的預測值。
圖七 a 中的點顯示了從實驗數據中抽取出來的 κ 的值,紅色直線則表示了標準模型的預測。從圖可見,對於 W 玻色子、Z 玻色子、頂夸克(t)、底夸克 (b)和濤子(τ–),它們與希格斯玻色子的藕合強度已被精確量度,並且其值與標準模型預測一致。
希格斯場能具有非零真空期望值,關鍵在於它的自旋為零,從而非零真空期望值不會與勞侖茲不變性抵觸。希格斯場取非零真空期望值,是一種自發規範對稱破缺,這使得 W 和 Z 既是傳遞交互作用的粒子,又帶有質量。這種賦予規範玻色子質量的機制稱為希格斯機制(Higgs mechanism),是弱電理論能成為一自恰理論的關鍵。
突然,他咳嗽且呼吸困難,但嘴裡仍含著潛水用的呼吸調節器。同行的人陪他,一起遵循減壓程序:[1]每向上一段距離,就稍作停留,再繼續移動。[2]3 分鐘後,他們回到水面,男子立刻吐血。緊接著在船上,他心臟病發,失去意識,被及時施予包含心肺復甦術(cardiopulmonary resuscitation,簡稱 CPR)在內的基本救命術(basic life support),長達 5 分鐘。直到船隻靠岸,改由急救團隊接手,執行高級心臟救命術(advanced cardiac life support):除了 CPR,還做氣管插管(intubation)。期間血沫從他的口咽滲出。[1]
鼻咽、口咽和喉咽。圖/GnolizX & U.S. Centers for Disease Control and Prevention on Wikimedia Commons(Public Domain)非此案的高壓氧氣艙。圖/Hyperbaric Center of Queens on Wikimedia Commons(CC BY-SA 4.0)