誰來對我高談闊論「上帝粒子」 @ 阿衡的探秘地圖

上帝粒子的回信：

　　預備知識－大霹靂、質量、物理定律。只要知道這三個物理名詞的意義，您應該就可以認識上帝粒子。（希望）

【電腦模擬繪製的希格斯玻色子出現事件】

　　上帝粒子（The God Particle），物理學上稱「希格斯玻色子（Higgs Boson）」，為構成宇宙基本粒子（Elementary Particle）當中的一個，負責構成「質量（Matter）」。質量雖然和重量（Weight）不太一樣，但基本上您還是可以把質量看成重量，如此，我們就對上帝粒子的「重」要性有了概念。

　　物理學說宇宙有四大基本作用力（Fundamental Interaction）：強力（Strong Interaction）、弱力（Weak Interaction）、電磁力（Electromagnetic Interaction）、重力（Gravitational Interaction）。以目前的理論模型，在「大霹靂（Big Bang）」時的高能高溫下，弱力和電磁力是相等的，呈現完美對稱（Symmetry）。根據這個模型，所有的玻色子應該都沒有質量，但在現今宇宙中，有些玻色子卻擁有質量，如電磁力的載體「光子」沒有質量，但弱力的載體「W粒子」卻有質量80.4GeV/C²，這導致了弱力和電磁力的不同表象。

　　所以，我們現今所要探討的重點在於，為什麼原本相等的弱力和電磁力變成不相等？它們的對稱性為什麼被破壞了？

【Peter Higgs創建希格斯粒子理論】

　　物理學家Peter Higgs說：「漂亮的理論出現很醜惡的結果」，也就是所謂的「自發性對稱破壞（Spontaneous Symmetry Breaking）」，這個觀念的基本原則為「對稱問題也會出現不對稱的解答」。簡單來說，以大霹靂為開始的高能宇宙基礎是對稱的，但降溫後，低能量的狀況會讓對稱性隱匿不現，也就是我們現今的「低能」宇宙。

　　是什麼破壞了對稱呢？Peter Higgs採用一種叫做「希格斯場（Higgs Field）」的機制來說明。

　　希格斯場會穿透一切空間與其他量子場互動，這決定了所有基本粒子的性質，而構成希格斯場的東西，就是「上帝粒子」。簡單來說，上帝粒子，就是物質的質量來源。當其他的基本粒子，在上帝粒子所構成的希格斯場中游弋時，受到作用影響產生慣性，因而有了質量。

【基本粒子標準模型】

　　那麼，是什麼樣的作用機制，讓希格斯場影響了其他的基本粒子呢？

　　當宇宙從大霹靂的高能狀態開始降溫，轉變成低能量狀態後，這樣幾乎瞬間又巨大的能量落差，改變了希格斯場的相，也就是造成「相變（Phase Transition）」。以水的相變為例，當水從液體變成固體的冰，水分子被固定束縛住，喪失了在液相時的自由走向。水分子結成了冰，不同方向的意義也不再相同，於是，「對稱」就被破壞了。

　　類比上述想法，當宇宙從大霹靂誕生之初後，瞬間由高能轉變成低能狀態的過程，也可看作是一種「相變」。簡單來說，相變會造成希格斯場的「凍結」，對稱性被破壞了，因而造成現在我們所觀測到的「質量」現象。反過來思考，如果能夠「融化」凍結的希格斯場，就能短暫恢復弱力和電磁力的玻色子，在質量上的對稱性。若能設計實驗恢復這樣的對稱性，也就能證明上帝粒子的存在。

【大型強子對撞機LHC】

　　於是，能產生巨大能量的粒子加速器「大型強子對撞機（Large Hadron Collider；LHC）」實驗就被規劃設計建造出來，LHC隸屬歐洲核子研究組織（CERN），位於瑞士首都日內瓦近郊的瑞士與法國交界的地下隧道內，其加速器圓周長達27公里。西元2010年三月，LHC開始運作實驗與分析數據。LHC若能證實希格斯粒子存在，除了再次證明「大霹靂」宇宙模型正確，又或可解答宇宙中未知的「黑暗能量（Dark Energy）」之謎。