上帝粒子[粒子物理學“標準模型”]:希格斯玻色子是粒子物理學標準模型預言 -百科知識中文網

名稱來源與希格斯反粒子實粒子的發現

1964年，英國物理學家彼得·希格斯提出“希格斯玻色子。 1988年，諾貝爾物理學獎獲得者利昂·萊德曼無意中為希格斯玻色子起了“上帝粒子”（God Particle）這么一個名字。萊德曼寫了本科普書，原書名叫“該死的粒子（Goddamn Particle），因為希格斯玻色子難以找到，但出版商認為不妥，遂改成了“上帝粒子”。然而，許多科學家卻不喜歡這一稱呼，因為它過分強調了這粒子的重要性和太宗教化。希格斯本人也不喜歡，但有意思的是，當別人提到“希格斯玻色子”時，希格斯總是誠惶誠恐，因為他覺得“不配用自己的名字”命名這種粒子。在粒子物理中‘玻色子’都會有它的反粒子相伴生成實效的‘實粒子’，在希格斯場能效中能量賦予粒子的質量，希格斯粒子有它的‘反粒子’生成實粒子。希格斯玻色子在‘希格斯場能’中起到能量的載體，希格斯粒子的‘波動’它的玻色子行為可以是‘波動的載力’，可以是‘耦合粒子的能值’，可以是‘超對稱粒子’的質能攜帶，希格斯的質量場‘希格斯機制’是在極端粒子物理的環境反應出‘空間時間’的粒子質量可測量的存在，希格斯新粒子需要‘各種對撞機’從新探索發現，希格斯實粒子也是未來‘新材料’的基礎套用，如-光粒子量子計算機的硬體芯製備。希格斯粒子的“實粒子”存在實體粒子可以物理測量希格斯粒子在自然界的存在發現由中國的粒子物理科學家貢獻（圖例）實圖。據法新社2018-8月-28日報導，歐洲的對撞機有了新的發現，對撞出了常見的‘希格斯粒子’玻色子的‘衰變’測量觀測到底夸克耦合，就是底夸克與反底夸克對的生成，這為今後發現耦合新粒子-超對稱粒子成為了探究探索的標的。

理論發展史

物理學者認為物質是由基本粒子組成，這些基本粒子彼此之間相互影響的基本力有四種。根據規範場論，為了滿足定域規範對稱性，必須引入傳遞基本力的規範玻色子。特別而言，傳遞電磁力的規範玻色子就是光子。1954年，楊振寧與羅伯特·米爾斯試圖將這關於電磁力的點子延伸至其他種基本力，他們提出了楊-米爾斯理論，但是規範場論預測規範玻色子的質量必須為零，而零質量玻色子傳遞的是類似電磁力的長程力，不適用於像弱核力或強核力一類的短程力，當今；前沿粒子物理已經確認在‘矢量場中物質的質量不為零包括-玻色子-費米子’，光粒子的介質粒子會生成-光粒子凝聚（圖例-光粒子凝聚）。

怎樣才能夠使得傳遞短程力的規範玻色子獲得質量？物理學者在凝聚態物理學的超導理論里找到重要暗示。1950年，俄國物理學者維塔利·金茲堡與列夫·郎道提出金茲堡-朗道理論，他們建議，在超導體裡，瀰漫著一種特別的場，能夠使得光子獲得有效質量，但他們並沒有明確地描述這特別場。1957年，約翰·巴丁、利昂·庫珀、約翰·施里弗共同創建了BCS理論，他們認為，由電子組成的庫珀對，形成了這特別場。規範對稱性被這特別場隱藏起來，因此造成自發對稱性破缺──雖然對稱性仍舊存在於描述這物理系統的方程，但是方程的某種解答並不具有這對稱性。

南部陽一郎於1960年將自發對稱性破缺的概念引入粒子物理學。他建議，假定夸克與反夸克的質量為零，則生成它們的能量成本很低，如同電子們在超導體裡凝聚為庫珀對，它們會在真空里凝聚為夸克對，使得強相對作用的手征對稱性被打破，夸克會因此獲得質量。他又指出，在這機制里，還會出現一種新的零質量玻色子，即π介子，由於上夸克、下夸克的質量不等於零，π介子的實際質量不等於零，只是比其他種介子的質量都輕很多。1962年，傑福瑞·戈德斯通提出戈德斯通定理，對於這類零質量玻色子的性質給予描述。根據這定理，當連續對稱性被自發打破後必會生成一種零質量玻色子，稱為戈德斯通玻色子。帶質量粒子比較難製成，粒子加速器必須使用很高的能量來碰撞製成帶質量粒子。零質量粒子案例跟重質量粒子案例不同，零質量粒子很容易製成，或者可從缺失能量或動量推測其存在。然而，事實並非如此，物理學者無法做實驗找到其存在的任何蛛絲馬跡，這事實意味著整個理論可能有瑕疵。1963年，菲利普·安德森發表論文指出，對於非相對論性的超導體案例，假若是規範對稱性被打破，則不一定會出現戈德斯通玻色子，他進一步猜測，這機制應該可以加以延伸來處理相對論性案例，但他並沒有明確地給出一個相對論性案例。這論述遭到未來諾貝爾化學獎得主沃特·吉爾伯特強烈反對。

1964年，弗朗索瓦·恩格勒和羅伯特·布繞特領先於8月，緊接著，彼得·希格斯於10月，隨後，傑拉德·古拉尼、卡爾·哈庚和湯姆·基博爾於11月，這三個研究小組分別獨立地發表論文，宣布研究出相對論性模型。古拉尼於1965年、希格斯於1966年、基博爾於1967年，又分別更進一步發表論文探討這模型的性質。這三篇1964年論文共同表明，假若將局部規範不變性理論與自發對稱性破缺的概念以某種特別方式連結在一起，則規範玻色子必然會獲得質量。1967年，史蒂文·溫伯格與阿卜杜勒·薩拉姆各自獨立地套用希格斯機制來打破電弱對稱性，並且表述希格斯機制怎樣能夠併入稍後成為標準模型一部分的謝爾登·格拉肖的電弱理論。溫伯格指出，這過程應該也會使得費米子獲得質量。

關於規範對稱性的自發性破缺的這些劃時代論文，最初並沒有得到學術界的重視，因為大多數物理學者認為，非阿貝爾規範理論是個死胡同，無法被重整化。1971年，荷蘭物理學者馬丁紐斯·韋爾特曼與傑拉德·特·胡夫特發表了兩篇論文，證明楊-米爾斯理論（一種非阿貝爾規範理論）可以被重整化，不論是對於零質量規範玻色子，還是對於帶質量規範玻色子。自此以後，物理學者開始接受這些理論，正式將這些理論納入主流。

從這些理論孕育出的電弱理論與改善後的標準模型，正確地預測了弱中性流、W玻色子、Z玻色子、頂夸克、粲夸克，並且準確地計算出其中一些粒子的性質與質量。很多在這領域給出重要貢獻的物理學者後來都獲得了諾貝爾物理學獎與其它享有聲望的獎賞。發表於《現代物理評論》的一篇1974年文章表示，至1974年為止，這些理論推導出的答案符合實驗結果，但是，這些理論到底是否正確仍舊無法確定。權威著作《希格斯狩獵者指南》的作者指明，標準模型擁有驚人的成功。現今，粒子物理學的核心問題就是了解希格斯區的相關理論。

摘自獨立學者靈遁者量子力學書籍《見微知著》

實驗探索

為了要製成希子，在粒子對撞機里，兩道粒子束被加速到非常高能量，然後在粒子探測器里相互碰撞，有時候，異乎尋常地，會因此生成產物希子。但是希子會在生成後會在非常短暫時間內發生衰變，無法直接被探測到，探測器只能記錄其所有衰變產物（“衰變特徵”），從這些實驗數據，重建衰變過程，假若符合希子的某種衰變道，則歸類為希子可能被生成事件。實際而言，很多種過程都會出現類似的衰變特徵。很慶幸地是，標準模型精確地預言所有可能衰變模式與對應的或然率，假若探測到更多能夠匹配希子衰變特徵的事件，而不是更多不同於希子衰變特徵的事件，則這應該是希子存在的強烈證據。

在大型強子對撞機里，由於粒子碰撞生成希子的事件機率非常稀有，大約為百億分之一，很多其它種碰撞事件具有類似的衰變特徵，物理學者必須蒐集與分析幾百萬億個碰撞事件，只有顯示出與希子相同衰變特徵的事件才可被視為是可能的希子衰變事件。在確認發現新粒子之前，兩個獨立的粒子探測器（ATLAS與CMS）所觀測到的衰變特徵出自於背景隨機標準模型的事件機率，都必須低於百萬分之一，也就是說，觀測到的事件數量比沒有新粒子的事件數量，兩者之間相異的程度為5個標準差。更多碰撞數據能夠讓物理學者更為正確地辨認新粒子的物理性質，從而決定新粒子是否為標準模型所描述的希子，還是其它種假想粒子。

低能量實驗設施可能無法找到希子，必須建造一座高能量粒子對撞機，這對撞機還需要具有高亮度來確保蒐集到足夠的碰撞數據。另外，還需要高功能電腦設施來有序處理大量碰撞數據（大約25petabyte每年）。至2012年為止，它的附屬電腦設施，全球大型強子對撞機計算格線（Worldwide LHC Computing Grid）已處理了超過三百萬億（3×10）個碰撞事件。這是全球最大的計算格線，隸屬於它的170個電算設施，散布在36國家，是以分散式計算的模式連結在一起。

宇宙因它而沒有坍塌

宇宙為何沒有坍縮？由丹麥哥本哈根大學和英國、芬蘭科學家組成的研究團隊在《物理評論快報》上發表論文稱，他們距離找到這一問題的答案更近了一步。研究團隊對標準模型中最後一個未知參數——希格斯場和萬有引力之間的耦合強度做出了限制。這一研究有助科學家修正膨脹模型，使之與我們的宇宙實際情況更加符合。

按前最好的物理學模型，宇宙在大爆炸膨脹之後很快就會坍縮，膨脹持續不超過1秒。而宇宙沒有坍縮，部分原因是在膨脹過程中產生了希格斯玻色子，俗稱“上帝粒子”。以往研究表明，在早期宇宙中，希格斯場可能獲得足夠大的波動來克服能量障礙，使宇宙從標準真空態轉變為負能量真空態，而讓宇宙迅速坍縮。

研究人員解釋說，希格斯場與萬有引力之間耦合得越強，波動就越大，最終引發關鍵性過渡，轉變成負能量真空態。據他們計算，在膨脹之後，只要耦合強度超過1，就會發生坍縮。2014年，該團隊通過分析膨脹過程中保持穩定性所需的必要條件，推導出一個較低的界限值0.1，結合新結果，將耦合強度限制在0.1—1的範圍，接近其歷史估計值1/6。歷史估值1/6是希格斯-萬有引力零耦合時的數值，但這個值未必正確。

將希格斯-萬有引力耦合強度的範圍收窄對物理學家具有指導意義，在分析實驗數據時，有助確定更精確的耦合值。比如利用宇宙微波背景輻射和萬有引力波的數據，有望對該值做進一步限定，將希格斯-萬有引力耦合強度與其他參數結合，可以生成沒有轉變到坍縮態的宇宙圖。

論文第一作者、哥本哈根大學的馬蒂·赫蘭南說，這些參數的結合不僅決定著這種過渡（包括希格斯場與萬有引力耦合）能否發生，而且決定著膨脹的能級，這是靠目前檢測無法嚴格限定的，因此現在還無法定論標準模型是否有問題。將來通過獨立測量，如觀察最初膨脹產生的萬有引力波，可對希格斯-萬有引力耦合和膨脹程度做出更嚴格限定。

確認希格斯玻色子

2013年3月14日，歐洲核子研究組織公開確認：

"緊湊μ子線圈小組與超環面儀器小組已對這粒子所擁有的自鏇、宇稱可能會產生的狀況仔細分析比較，這些都指向零自鏇與偶宇稱（符合標準模型的兩個對於希子的基要判據）。這事實，再加上測量到的新粒子與其它粒子彼此之間的相互作用，強烈顯示這就是希子。

這也是第一個被發現的基本標量粒子。以下列出幾個檢試這125GeV粒子是否為希子的實驗項目：

•玻色子：只有玻色子才能夠衰變為兩個光子。從實驗已觀常到這125GeV粒子能夠衰變為兩個光子，因此，這粒子是玻色子。

•零自鏇：這可以從檢驗衰變模式證實。在初始發現之時，觀察到125GeV粒子衰變為兩個光子，根據對稱性定律，可以排除自鏇為1，剩下兩個候選自鏇為0或2。這決定於衰變產物的運動軌道是否有嗜好方向，假若沒有，則自鏇為0，否則，自鏇為2。2013年3月，125GeV粒子的自鏇正式確認為0。

•偶宇稱（正宇稱）：從研究衰變產物運動軌道的角度，可以查得到底是偶宇稱還是奇宇稱。有些理論主張，可能存在有膺標量（pseudoscalar ）希子，這種粒子擁有奇宇稱。2013年3月，125GeV粒子的宇稱暫時確認為正宇稱。排除零自鏇奇宇稱假說，置信水平超過99.9%。

•衰變道：標準模型已對希子的衰變模式給出詳細預測，這包括雙光子道、{\displaystyle W^{+}W^{-}}道、{\displaystyle ZZ}道、{\displaystyle b{\overline {b}}}道、{\displaystyle \tau ^{+}\tau ^{-}}道。LHC已於2013年觀察到雙光子道、{\displaystyle W^{+}W^{-}}道、{\displaystyle ZZ}道，證實希格斯場可以與玻色子相互作用。LHC又於2014年觀察到其它兩種模式{\displaystyle b{\overline {b}}}道、{\displaystyle \tau ^{+}\tau ^{-}}道，證實希格斯場可以與費米子相互作用。這意味著希子不只是衰變至傳遞作用力的玻色子，它還衰變至組成物質的費米子。對於這些模式，實驗初始得到的分支比（branching ratio）或衰變率結果稍微高過預期值，意味著這粒子的物理行為可能更為怪異，但是，CMS團隊領導約瑟·英侃德拉（Joseph Incandela）認為，這分歧並不嚴峻。

•與質量相耦合：希子必須能夠通過希格斯場與質量相耦合，也就是說，與W玻色子、Z玻色子相耦合。對於標準模型希子而言，所涉及的耦合常數{\displaystyle c_{V}=1}。從分析LHC實驗得到的數據，{\displaystyle c_{V}}在標準模型數值的 15%內，置信水平95%。

•高能量碰撞結果仍舊與先前一致：在大型強子對撞機2015年重新開啟之後，碰撞能量將達到設計的13 – 14 TeV，未來實驗將專注於尋找其它種類的希子（如同某些理論預測）與檢試其它版本的粒子理論，實驗獲得的高能量結果必須與希格斯理論一致。

終有一天小小的它將使大宇宙徹底消失

一個名為"希格斯玻色子的末日"(Higgs boson doomsday)的理論表示當一個量子波動在空間中形成一個真空的"泡泡"，它會在空間中擴散，進而摧毀整個宇宙。儘管如此，科學家並不認為這件事會在短期內發生。

Joseph Lykken，一位在位於伊利諾州的費米國家加速器實驗室工作的理論物理學家在賽提機構上課時表示"這件事極有可能會在10的100次方(1後面接100個零)年之後才有可能發生，所以你應該不需要賣掉的你的房子，並且要持續繳稅。

另一種可能性便是這件事已經發生了，那個泡泡可能正往我們襲來。但我們不會發現因為它會是以光速行動，所以不可能會有任何警訊。

希格斯玻色子(Higgs boson)，有時被稱會上帝粒子(追求官方名稱的科學家對此感到惱怒)，是一種研究者長期懷疑存在的微小粒子。它的被發現強烈的支持了粒子物理學的標準模型，一個科學家相信的關於基本物質組成是如何堆疊的理論。

希格斯玻色子對於標準模型是如此的重要的原因是它的存在證明了希格斯力場(一個散布在宇宙中的隱形力場，以其質量影響其他物質)的存在。自從它在兩年前被發現後，已經在物理界造成不小的風波。

當科學在2012年測量出該粒子的質量後，他們可以作更多的計算，例如一個能測量出宇宙盡頭的算式。

宇宙末日

希格斯玻色子的質量大約是電子的1260億倍，或是質子的0.686億倍。這正好能維持宇宙在不穩定邊緣的質量，但物理學家表示這個脆弱的平衡終究會被打破，造成宇宙的不穩定。這個結論產生了希格斯力場。

Lykken說"希格斯力場誕生於宇宙的起源，從那時候起便一直以他自行的能量存在至今。"物理學家相信它正在緩慢的變化，為了到達力場強度和能量需求的終極平衡。

來自希格斯玻色子的發現地，歐洲核子研究組織的理論物理學家Gian Giudice在2013年10月的一場TED演說中表示"如同物質可以以液態及固態存在一樣，充滿空間-時間的物質也可能以兩種型態存在。現在希格斯力場正處於它位能的最低點。

轉化成另外一個型態所需要的巨大能量就好比攀上一座高山。假如希格斯力場越過了那個山頭，有些物理學家認為山頭另一端就是宇宙的毀滅。

另外還有一種不幸的量子波動，或者說是能量上的轉變，可能產生"量子穿隧效應"(quantum tunneling )。Lykken說"與其爬上那座高山，量子穿隧效應有可能讓希格斯力場直接穿越那座山，進到一個更低的能量低谷。這個量子波動有可能會在銀河系間的真空區域發生，並且產生所謂的泡泡。

霍金在他的新書里是這樣描述希格斯末日的："希格斯的位能有個令人擔憂的地方便是當它的能量超越一千億個十億伏特時，它有可能會成為一個亞穩的狀態。這代表宇宙有可能會遭遇一個災難性的真空衰退。處於真空狀態中的泡泡會以光速四散。這可能發生在任何時間，而我們無法預知。"

Giudice在它的TED演講里說到”在泡泡里的希格斯力場會比普通的力場還強，而且處於比其環境還要低的能量位階。儘管泡泡里的力場只比普通的還要強一些，它仍然能夠壓縮原子，並且使原子核衰竭，令氫原子成為宇宙中唯一的存在。"

但是，藉由一個包含了希格斯粒子的質量的計算，研究者發現這個泡泡中的力場強度會非常的高，並且會以光速在空間-時間裡四散。這個力場的散播無法阻擋，並且會摧毀已知宇宙里的一切。我們所存在的宇宙可以存在很久，但他終究會毀滅在懸崖上。目前沒有任何我們已知的原理會把我們逼到這個邊界上。

並不是完全沒有希望的

Lykken說"有可能所有的時空都在這個如利刃般的邊緣上處於穩定與不穩定的宇宙之間，也有可能我們的計算出了錯誤。

如果計算是錯的，那一定是在一個科學家還沒發現的基本物理理論上出了錯誤。一種可能是暗物質的存在。

暗物質是一種隱形的物質，物理學家相信它組成了27%的宇宙。研究暗物質是如何與宇宙其他物質作用，能讓物理學家發現未知的物質和物理規則。

另外一種可能是所謂的'超對稱理論(supersymmetry)'。在標準模型中，每個物質都有一個對應的反物質。但超對稱理論卻說所有物質還有另外一個"超對稱"的物質。Lykken說"超物質的存在有可能可以幫助穩定整個宇宙。

我們發現希格斯玻色子，已經是一個不小的發現了，但我們仍然需要嘗試去了解它的作用還有所有隨之而來的疑問。"

Lykken在他的課堂最後說："這很可能只是故事的開頭，而我跟你們說的不過是故事可能發展的幾個方向，但我認為很有可能會有一個沒有任何人想到過的意外性的發展。"

歷史沿革

研究背景

為什麼有些基本粒子具有質量，而有些基本粒子的質量卻為零？標準模型的希格斯機制可以解釋這問題。根據希格斯機制，有些基本粒子因為與遍布於宇宙的希格斯場彼此相互作用而獲得質量，同時也會出現副產品希格斯玻色子。這玻色子是希格斯機制的必然後果，是物理學者長久以來尋覓的對象，假若實驗證實希格斯玻色子存在，則可給予希格斯機制極大的肯定，特別是對於為什麼有些基本粒子具有質量這問題的解釋，也可以確定標準模型基本無誤。有些理論不需要假定希格斯玻色子的存在。這些理論稱為無希格斯模型。假若希格斯玻色子被證實不存在，則物理學者可能會轉而關注這些理論。

研究歷史

自1899年英國物理學家湯姆遜爵士發現電子開始，時至今日，在一個多世紀的時間裡，人類一直孜孜不倦地探索著微觀世界的奧秘。

1990年，位於瑞士的歐洲核子研究中心（CERN）的工作人員通過世界上最大的正負電子對撞機LEP攫取了115GeV的希格斯粒子，但是他們當時的統計數據不足以做出任何確定的推論。

1995年3月2日，美國費米實驗室向全世界宣布他們發現了頂夸克時，一套稱之為標準模型的粒子物理學模型所預言的62個基本粒子中，除了引力子，其餘的60個都已經得到了實驗數據的支持與驗證，看上去標準模型馬上就要獲得決定性的勝利，對物質微觀結構的探索已經到達了它的尾聲，似乎人類也馬上就要聽到這一跌宕起伏的，充滿了高潮與華彩的探索樂章的終曲，但是仍然有一個粒子，游離在這座輝煌的大廈之外，仿佛一個幽靈，這就是希格斯粒子，而且就是這個粒子可能會擊垮整座大廈。

2010年7月13日，幾家國外媒體報導了義大利帕多瓦大學物理學家托馬索·多里戈日前發表的個人部落格文章。文中稱美國費米實驗室的萬億電子伏加速器（Tevatron）很可能已經發現了希格斯玻色子，即所謂的“上帝粒子”。但14日清晨，《新科學家》卻登文闢謠，幾乎同時，各媒體紛紛跟進，多里戈亦更新博文以正視聽。一時間，捲入者各執一詞，討論版沸沸揚揚。多里戈所謂的“三倍標準差效應”，是指一種關於結果確定性的統計數據，如果他獲得的數據屬實，從統計學上講該實驗的結果就有99.7%的可能性是發現了希格斯玻色子。通常，一個“五倍標準差效應”（正確的可能性達99.9999%）才能被認為確定性的程度已高到足以證明一個完全合理的新發現，一個“三倍標準差效應”不具有足夠確定性，但仍能意味著這是希格斯玻色子存在的一個強有力證據。這正是科學類媒體加深關注的原因。

2011年7月22日，用作模擬宇宙大爆炸的“末日機器”LHC，位於法國與瑞士邊境的地底，它的兩個實驗區域Atlas和CMS以接近光速對撞超過180萬億個質子，從爆炸生成的粒子碎片和量子波動中，各自發現約30個疑似上帝粒子，其質量都是約143十億電子伏特（GeV）。同時，這些對撞也排除其它上帝粒子出現的“質量範圍”。此外，位於美國芝加哥附近的Tevatron粒子加速器也傳來好訊息，它早前從對撞中發現，在142至148GeV之間出現“大量粒子”，而它們與LHC發現的粒子相似。而這一切如果屬實的話，人類或許可能改變對這個世界的認知。

2011年8月，歐洲核子研究中心表示，一些跡象表明，這種粒子也許真不存在，只是人們的“幻想”。該機構2011年8月已經向在印度孟買召開的相關研討會提交了報告，稱通過其大型強子對撞機找到的實驗數據都對找到希格斯玻色子的蹤跡“意義不大”。與此同時，該中心許多科學家也認為“希格斯玻色子不存在”的可能性越來越大。在粒子物理學的標準模型中，總共預言了62種基本粒子，其中61種都已被驗證，唯獨希格斯玻色子始終游離在物理學家的視野之外。找到這種粒子，就找到了建築粒子物理學經典理論大廈的最後一塊基石，如證明它不存在，整座大廈就要被推倒重建。歐洲核子研究中心研究主任塞爾希奧·貝托盧奇說：“如果希格斯玻色子真的不存在，那么它的缺位將使人們的目光轉向‘新物理學’。” 許多世界頂級物理研究機構曾試圖通過對撞試驗尋找希格斯玻色子，都沒有成功。

2011年12月，歐洲核子研究中心（CERN）公布了來自大型強子對撞器（LHC）的重要數據，顯示“可能看到”有“上帝粒子”之稱的希格斯玻色子（Higgs boson）。該理論可解釋粒子為何擁有質量，從而演化為萬事萬物。人類距離了解宇宙誕生之謎或許將要邁進一大步。

2011年12月13日，歐洲核子研究中心科學家表示，他們發現了希格斯玻色子存在的跡象，這種碎片有時被稱為“上帝粒子”，因為它是宇宙中所有物質的質量之源。隨後，歐洲科研人員又表示，現有數據無法確切證實，估計可能在2012年年底得到答案。對此，一些科學家提出質疑：1.考慮其它誤差後，不能說找到了希格斯玻色子存在的證據。對歐洲實驗室13號的結果，綜合後的結論是無效的。2.就是找到後，也只能解析為何其它粒子會有質量，而不是給物質以質量。3.有科學家認為，“上帝粒子”是媒體誤導的誇大之詞。

2012年7月2日，美國能源部下屬的費米國家加速器實驗室宣布，該實驗室最新數據“強烈表明”被稱為“上帝粒子”的希格斯玻色子的存在，不過這些數據只是接近證明它的存在。有專家稱，如果真能找到希格斯玻色子存在的直接證據，有關發現將獲得諾貝爾獎。由於希格斯玻色子是最後一種未被發現的基本粒子，對完善粒子物理學理論“大廈”有重要意義。一旦它被證偽，“標準模型”理論“大廈將傾”。科學界相信它的存在並認為發現它只是時間問題。

2012年7月4日，歐洲核子研究組織（CERN）宣布，大型強子對撞機（LHC）的緊湊渺子線圈（CMS）探測到質量為125.3±0.6GeV的新玻色子（超過背景期望值4.9個標準差），超環面儀器（ATLAS）測量到質量為126.5GeV的新玻色子（5個標準差）。這兩種粒子極像希格斯玻色子，可還有待物理學者進一步分析來完全確定兩個探測器探測到的粒子是否為希格斯玻色子。

2012年7月31日，緊湊μ子線圈實驗團隊和超環面儀器實驗團隊又分別提交新的偵測結果，將這種疑似希格斯波色子的玻色子的質量確定為緊湊μ子線圈的125.3 GeV（統計誤差：±0.4、系統誤差：±0.5、統計顯著性：5.8個標準差）和超環面儀器的126.0 GeV（統計誤差：±0.4、系統誤差：±0.4、統計顯著性：5.9個標準差）。

2013年3月14日，歐洲核子研究組織發布新聞稿表示，先前探測到的新粒子是希格斯玻色子。

2014年6月27日，在歐洲原子能研究中心工作的科學家們在對“上帝粒子”希格斯玻色子的屬性進行研究，並將其與關於宇宙大爆炸後的另一理論相結合，最後得出“宇宙不存在”這一震驚世界的理論。只是還有許多新的物理學現象無法用這一理論進行解答，故科學家們對宇宙的探索仍在繼續進行中。

2015年10月，中科院高能物理研究所宣布中國將於2020年至2025年間開始建造世界最大粒子加速器，這項安裝將可讓科學家們能更多了解宇宙的運作。中國所建造的這個加速器至少將比由“歐洲核子研究中心（CERN）”建造的目前全球最大加速器的強子對撞機LHC，還要大上兩倍；這個加速器建造在法國與瑞士的邊界。這項計畫所建造的加速器是以前所未有的規模所產生出的數以百萬的這些粒子比歐洲的LHC超越了幾百代；LHC加速器長27公里，而中國未來建造的粒子加速器長50至100公里。LHC強子對撞機產生了希格斯玻色子，以及還有許多其他種類的粒子。而中國建造的粒子加速器將創造出一個能單單產出希格斯玻色子的高純度環境。

2015年12月，歐洲核研究組織(CERN)旗下兩組科學家團隊表示，已探測到大量伽馬射線，而這些過量伽馬射線則很可能代表某種尚未知曉的放射性衰變粒子。這項發現仍還沒有最終定論(被證實什麼也不是的幾率有93分之一)，而研究人員們預計，這或代表了一個大粒子正在衰變的過程，亦或者是希格斯玻色子的某種近鄰。

研究理論

理論來源

1964年，英國物理學家彼得·希格斯（ P.W.Higgs）發表了一篇學術理論文章，提出一種粒子場的存在，預言一種能吸引其他粒子進而產生質量的玻色子的存在。他認為，這種玻色子是物質的質量之源，是電子和夸克等形成質量的基礎，其他粒子在這種粒子形成的場中游弋並產生慣性，進而形成質量，構築成大千世界。2012年7月4日，當歐洲核研究組織宣布發現一種與“上帝粒子”“一致”的亞原子粒子時，希格斯說，“難以置信”。

這種理論中的粒子後來被別人以“希格斯”的名稱命名，外號“god partical"，意思是取代上帝創世的粒子。

當其他粒子相繼被發現時，48年來，“上帝粒子”始終遁形。

希格斯提出了希格斯機制。在此機制中，希格斯場引起電弱相互作用的對稱性自發破缺，並將質量賦予規範玻色子和費米子。希格斯粒子是希格斯場的場量子化激發，它通過自相互作用而獲得質量。歐洲核子研究中心的大型強子對撞機（ Large Hadron Collider，簡稱LHC）將有機會發現希格斯粒子。

希格斯玻色子被認為是物質的質量之源，“上帝粒子”是1988年諾貝爾物理學獎獲得者萊德曼對希格斯玻色子的別稱。這種粒子是物理學家們從理論上假定存在的一種基本粒子，現已成為整個粒子物理學界研究的中心，萊德曼更形象地將其稱為“指揮著宇宙交響曲的粒子”。

在電弱統一理論從建立到獲得成功，其中一個關鍵的因素就是對稱性自發破缺推測出來的希格斯玻色子，用它來解釋電弱統一理論中的W+、W-、Z0玻色子非零質量的獲得機制。到如今，電弱統一理論已經獲得了諾貝爾獎從而得到大家普遍的承認，而作為電弱統一理論基礎的希格斯玻色子（h0）仍然沒有在大家的視野中揭開它神秘的面紗，這個難題一直以來都困擾著所有從事基本粒子研究的愛好者們。雖說到現為止還沒有人發現它的蹤跡，但很多實驗表明了電弱統一理論是完全正確的，這使得人們相信它必然存在，發現它只是時間的問題。科學是一門以事實說話的學問，不是大家想當然的就能解決的問題。因此找到一種合乎自然辯證邏輯的理論是解釋現象的關鍵。

英國物理學家希格斯提出了希格斯場的存在，並進而預言了希格斯玻色子的存在。假設出的希格斯玻色子是物質的質量之源，它是電子和夸克等形成質量的基礎。其他粒子在希格斯玻色子構成的場中，受其作用而產生慣性，最終才有了質量。之後所有的粒子在除引力外的另3種力的框架中相互作用，統一於標準模型之下。標準模型預言了62種基本粒子的存在，60粒子基本都已被實驗所證實，而希格斯玻色子是最後一種未被發現的基本粒子，除了引力子。

理論質疑

在物理學研究中，對“希格斯玻色子”的研究一直是整個宇宙研究的重中之重，由於它被認為是賦予宇宙質量的粒子，並且這一微小讓人費解的宇宙顆粒與現有科學理論互不相容。它還有另外一個名字為“上帝粒子”，因為物理學家一開始希望把這個讓物理學家頗費功夫尋找的粒子取名為"Goddamn Particle "意為"該死的粒子"。出版者覺得不好，縮寫成"God Particle"翻譯為"上帝粒子"。對其相關研究顯示，“宇宙在‘大爆炸’結束後只出現了瞬間就消失了”。這一發現讓所有科學家為之一振並感覺難以接受。如果這一理論是正確的，也就意味著所有的一切都就將面臨著重新洗牌的危險。

科學家們將這一理論與先前另一個預測宇宙膨脹的同樣富有爭議的理論相結合，最後得出宇宙在大爆炸後的零點幾秒立刻發生了大收縮的理論。也就是說宇宙是不存在的，人類也是不存在的，這顯然違背科學性，這一理論無法解釋許多新的物理現象，科學家們認為可能是在研究過程中忽略了一些東西，抑或是還有未被發現的物理粒子的存在。

希格斯場

根據希格斯模型，基本粒子是跟一種看不見的、無所不在的場發生相互作用而獲得了質量。一個粒子與希格斯場相互作用越強烈，它擁有的質量就越大。科學家很難向英國政府解釋清楚希格斯場，所以在1993年，英國科學部長威廉·瓦多格列佛向科學家發起了挑戰，讓他們用一頁紙的篇幅向他解釋希格斯場。瓦多格列佛拿出了一瓶香檳獎給了獲勝者，其中就包括英國倫敦大學學院的物理學家戴維·米勒。米勒把希格斯場比作一個房間，房間裡均勻分散著一大群為政客聚會服務的工作人員。一個無關緊要的人可以不受阻礙地在人群中穿來穿去。然而，如果是時任英國首相柴契爾夫人到場，一定會吸引大量的關註：聚會工作人員會圍攏在她周圍，減慢她穿行的速度，使她帶上某種“質量”。

理論模型

科學家們建立起被稱為標成兩大類：費米子與玻色子。標準模型的缺陷，即是該模型無法解釋物質質量的來源。在本質上，這個場就像一池黏黏的蜜糖，除了非質量的基本粒子，通過此場的時候，會將粒子轉變成帶有質量的粒子，就像是原子的成分。在標準模型中，希格斯粒子包含了一個中性與兩個帶電成分的區域。兩個帶電和一個中性區域皆是Goldstone玻色子，是縱向三極化分量帶質量的Q+、 W–和Z 玻色子。

維持中性成分的量子對應到具有質量的希格斯粒子。既然希格斯場是一個標量場，希格斯粒子沒有自鏇，也就沒有內在的角動量。標準模型沒有預測希格斯玻色子的質量。如果質量在115和180 GeV/c2之間，則標準模型的能量等級可以有效直到普朗克尺度（1016 TeV）。

許多理論學家預測新的物理學會建構在標準模型之上能量在TeV的尺度，基於不足的標準模型性質。希格斯粒子（或其他的電弱對稱機制）可能的最大質量是1.4 TeV；除了這一點，標準模型變的不相容，因為統一性違反了一些散射的過程。許多超對稱性的模型預測出最輕的希格斯粒子的質量比現實驗在高一點，大約120 GeV或者更低。

標準模型

粒子物理學在上個世紀50年代，經歷了一個短暫的困難時期，按照諾貝爾獎得主，電弱統一理論提出者之一的史蒂芬·溫伯格的話來說那是“一個充滿挫折與困惑的年代”，幾乎當時已經套用的理論都遇到了很大的問題。這些困惑激勵著物理學家們給出新的解答，從60年代開始，基於楊-米爾斯的非阿貝爾規範場理論，逐步構建完成了現代的標準模型理論。今天，標準模型早已成為粒子物理學的主流理論，它的很多預言不斷為一個又一個激動人心的實驗成果所證實。標準模型是一套描述強作用力、弱作用力及電磁力這三種基本力及組成所有物質的基本粒子的理論。它屬於量子場論的範疇，但是沒有描述重力。

標準模型包含費米子及玻色子兩類——費米子為擁有半整數的自鏇並遵守泡利不相容原理（這原理指出沒有相同的費米子能占有同樣的量子態）的粒子；玻色子則擁有整數自鏇而並不遵守泡利不相容原理。簡單地說，費米子組成物質的粒子，而玻色子負責傳遞各種作用力。電弱統一理論與量子色動力學在標準模型中合併為一。這些理論都基於規範場論，即把費米子跟玻色子配對起來，以描述費米子之間的力。由於每組中介玻色子的拉格朗日函式在規範變換中都不變，所以這些中介玻色子就被稱為“規範玻色子”。

標準模型所包含的玻色子有：負責傳遞電磁力的光子；負責傳遞弱核力的W及Z玻色子；負責傳遞強核力的8種膠子。

根據標準模型理論，宇宙空間中的各處，無論是真空中還是空氣中，甚至是物質的內部，都充滿了希格斯粒子(希格斯場)。希格斯粒子被認為是生成基本粒子的“質量”之源。雖然質量總是與“重量”聯繫在一起，嚴格說起來是不一樣的。質量應該是反映“物質運動的難易程度”（更為正確的說法是“改變物質速度的難易程度”）的物理量。

為什麼有些基本粒子具有質量，而有些基本粒子的質量為零?標準模型的希格斯機制可以解釋這問題。根據希格斯機制，有些基本粒子因為與遍布於宇宙的希格斯場彼此相互作用而獲得質量，但同時也會出現副產品希格斯玻色子。這玻色子是希格斯機制的必然後果，是物理學者長久以來尋覓的對象，假若實驗證實希格斯玻色子存在，則可給予希格斯機制極大的肯定，特別是對於為什麼有些基本粒子具有質量這問題的解釋，也可以確定標準模型基本無誤。有些理論不需要假定希格斯玻色子的存在。這些理論稱為無希格斯模型。假若希格斯玻色子被證實不存在，則物理學者可能會轉而關注這些理論。

希格斯玻色子也是一種玻色子，然而它與上述這些規範玻色子不同，希格斯粒子負責引導規範變換中的對稱性自發破缺，是慣性質量的來源，因此並不是規範玻色子。那么為何質量問題如此重要呢？要解答這個問題，必須回到20世紀60年代理論探索的開始階段。在研究過程中，楊-米爾理論無論套用到弱還是強相互作用中所遇到的主要障礙就是質量問題，由於規範理論規範對稱性禁止規範玻色子帶有任何質量，然而這一禁忌卻與實驗中的觀測不相符合，如果不能解決質量問題，將使得整個研究失去基礎。一開始人們試圖通過自發對稱破缺機制，即打破規範理論中對拉氏量對稱性的嚴格要求，使得物理真空中的拉氏量不再滿足這種對稱性，然而到了1962年，每一個自發對稱性破缺都被證明必定伴隨著一個無質量無自鏇粒子，這無疑也是不可能的。1964年，英國物理學家希格斯（Higgs）解決了這個問題，使得自發對稱性破缺發生時，那個無質量無自鏇粒子仍然存在，但它將變成規範粒子的螺鏇性為零的分量，從而使規範粒子獲得質量。這一方法被今天的標準模型所借鑑，標準模型通過引入基本標量場——希格斯場來實現所謂希格斯機制。通過希格斯場產生對稱性破缺，同時在現實世界留下了一個自鏇為零的希格斯粒子。

這樣我們也就明白了為何希格斯粒子如此重要的原因，可以說它是整個標準模型的基石，如果希格斯粒子不存在，將使整個標準模型失去效力。

其他模型

以下並沒有得到進一步確認

美國進行的一項新的原子撞擊實驗結果顯示，所謂的“上帝粒子”實際上可能是5種截然不同的粒子。一些理論家認為希格斯玻色子並不單單指一種粒子，而是多種質量相似但所帶電荷存在差異的粒子。美國伊利諾斯州巴達維亞費米實驗室的研究人員指出，他們發現了能夠證明這種“多種粒子理論”的證據。有關“上帝粒子”的單一粒子理論就此面臨挑戰。

在費米實驗室萬億電子伏粒子對撞機曾經進行的一項名為“DZero”的實驗中，科學家發現質子和反質子相撞更多地是產生物質粒子而不是反物質粒子。研究報告聯合執筆人、費米實驗室理論物理學家亞當·馬丁表示，兩者之間相差很少，不到1%，但無法利用假定只存在一種希格斯玻色子的標準模型加以解釋。同時他認為這種影響實際上非常小，如果將標準模型中所有最初原則考慮在內，這種影響仍遠遠超過科學家的想像。

標準模型假設只存在一種希格斯粒子，無法解釋DZero實驗的結果。如果科學家假定希格斯玻色子實際上是指5種粒子——也就是對標準模型進行擴展，形成雙希格斯二重態模型——DZero實驗的結果便可以解釋。亞當·馬丁表示，在對標準模型進行擴展時，加入了新的粒子和新的互動作用。新的互動作用對物質和反物質區別對待，因此能夠促使實驗中出現更大的影響。

研究意義

GeV/c^2是基本粒子質量的一個單位，其中GeV是10億電子伏特，c^2是光速的平方。根據愛因斯坦的質能公式，物質的能量等於質量乘以光速的平方，因此，以電子伏特為單位的能量除以光速的平方，就用來衡量粒子的質量。

希格斯玻色子是物理學基本粒子“標準模型”理論中最後一種未被發現的基本粒子，其自鏇為零，其他粒子在希格斯玻色子作用下產生質量，為宇宙形成奠定基礎。迄今為止，“標準模型”預言的其他粒子都已發現，但希格斯玻色子的存在尚未在實驗中證實，它又被稱為“上帝粒子”。一旦研究證實希格斯玻色子不存在，“標準模型”理論將被推翻。

上帝粒子[粒子物理學“標準模型”]