如何制造希格斯玻色子？

没有质量的粒子的碰撞似乎不能产生“能够赋予质量”的希格斯玻色子，但是在大型强子对撞机（LHC）中，只要一秒钟就会产生希格斯玻色子。

爱因斯坦最著名的理论，通常都会被写成E=mc^2，告诉我们能量和物质只是同一枚硬币的两面。

大型强子对撞机利用这一原理将普通粒子中包含的能量转换为在自然界中难以找到的新粒子，如希格斯玻色子、它的质量过大，以至于它一出现就变成更轻更稳定的粒子对。但不是任何碰撞都会产生希格斯玻色子。

“希格斯不仅是因能量的碰撞而产生的，”麦迪逊威斯康辛大学的研究员Laura Dodd说，“粒子运动有一条严格的定律，规定了它们是如何形成，变化以及相互作用的。”

其中一个定律指出，希格斯玻色子只能由那些与希格斯场相互作用的粒子产生。换句话说，就是具有质量的粒子。

希格斯场就像一个无形的蜘蛛网，蔓延到整个空间。当粒子穿过它时，有些会缠在粘稠的“蛛丝”上，这个过程会使粒子的质量增加，速度减缓。但对于其他粒子，如光子和胶子，这个网是完全透明的，它们可以毫无阻碍地通过。

如果有足够的能量，在希格斯场中的粒子可以将它们的能量传递给希格斯玻色子，产生出一个希格斯玻色子。因为无质量粒子不会与希格斯场相互作用，所以说它们不能产生希格斯粒子也是有道理的。但是在LHC的科学家们不同意这个理论。

LHC将周围27.4公里内的质子加速到正好低于光速的速度，然后使它们在轨道的四个交叉点处迎面相撞。质子不是基本粒子，不能分解成任何更小组成部分，它是由胶子和夸克组成。

当两个质子相互穿过时，通常是无质量的成对胶子，她们能够穿过隐形的能量场并与其它能量结合，以激发其他粒子，包括希格斯玻色子。

我们知道粒子运动关于粒子之间的通信有一条严格的定律。怎么做呢？胶子已经有了一种隐藏手段。

杜伦大学粒子物理现象学研究所理论家Richard Ruiz说：“如果LHC中的碰撞是一个简单的一步到位的过程，就不可能产生含有胶子的希格斯玻色子。

幸运的是，这不是一个简单的过程。

胶子可以暂时将其能量转移到虚拟粒子上，从而将胶子的能量转化为质量。如果两个胶子产生一对虚拟顶夸克，顶夸克可以重新组合并变成希格斯玻色子。

要清楚的是，虚拟粒子根本不是稳定的粒子，而是在非常短的时间内以半焙烧状态存在于量子力学场中的不规则干扰。如果一个真正的粒子是一个繁荣的公司，那么一个虚拟粒子就是一个空壳公司。

理论家预测，约有90％的希格斯玻色子是通过胶子融合而形成的。两个胶子相互碰撞并产生一个顶夸克，并且能产生一个希格斯粒子的概率大约是20亿分之一。然而，因为大型强子对撞机每秒会产生1000万次质子碰撞，这个产出率有利于科学家的研究，大约是每两秒钟就会产生一个希格斯玻色子。

Dodd说，在发现希格斯玻色子后不久，科学家们大都把注意力集中在希格斯玻色子衰变后会发生什么。

“但是现在我们有了更多的数据，对希格斯粒子有了更好的理解，我们开始仔细观察碰撞的副产品，以更好地研究在通过不同机制时希格斯粒子产生的概率，”她说。

粒子物理的标准模型预测，几乎所有的希格斯玻色子都是通过四种可能的过程之一产生的。科学家们希望看到的是希格斯玻色子的产生方式，是在粒子物理学的标准模型预测之外的，比如新粒子的衰变。能够打破已知的规则，这说明我们的理解比以前的物理学家更广泛。

Ruiz说：“我们知道粒子运动关于粒子之间通信有一条严格的定律，因为我们在我们的实验中一次又一次地验证了这条定律，“所以现在的问题是，如果有一个未被发现的粒子的整个片区不能与我们的标准粒子通信，但可以与希格斯玻色子相互作用？”

科学家们正密切留意种种意外的情况，例如碰撞中放射出的某些微粒过多或衰减路径比科学家预测的频率更频繁。这些指标指向，那些未发现的重粒子可能变为希格斯玻色子。

同时，为了在有时产生希格斯玻色子的连锁反应中有一些意想不到的发现，科学家们必须知道他们应该期待什么。

Ruiz说：“我们有非常好的数学模型可以用来预测，我们已经知道方程的两边是什么。现在我们需要通过实验来验证这些预测，看看是否考虑到了所有的变数。如果没有，就找出那些缺失的变数可能是什么。”