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超導體內造出「上帝粒子」 計算機將發生「量子變革」

2021年02月22日 8:08 PDF版 分享轉發
根據電腦模擬圖,兩道高能量質子對撞(紅線)后,產生無數粒子(黃線),再從中尋找希格斯玻色子產生瞬間。美聯社
根據電腦模擬圖,兩道高能量質子對撞(紅線)后,產生無數粒子(黃線),再從中尋找希格斯玻色子產生瞬間。(圖片來自:AP)

2021年2月21日】(編輯:何梓涵)即使不是專業學物理的人大概也都聽說過希格斯玻色子(Higgs boson),它是以2013年諾貝爾獎獲得者彼得·希格斯的名字命名,而另一位諾貝爾獎獲得者萊德曼(Leon Lederman)著書將其稱為「粒子」。

1964年,幾位物理學者研究出希格斯機制。這一機制假定宇宙遍布著希格斯場,其能夠與某些基本粒子相互作用,並且利用自發對稱性破缺使得它們獲得質量,同時又不會抵觸到規範場論。相關理論在70年代被納入粒子物理學的標準模型。

希格斯玻色子是標準模型里的一種基本粒子,是一種玻色子,自旋為零,宇稱為正值,不帶電荷、色荷,極不穩定,生成後會立刻衰變,是希格斯場的量子激發。它的發現,反過來證實了希格斯機制的正確性。

近日,希格斯玻色子的研究又有了重大突破。 美國愛荷華州立大學(Iowa State University)物理學副教授王濟剛(Jigang Wang,音譯)和多位來自其它領域的研究人員,在內發現了這種粒子狀態。

超導體是沒有電阻的導電材料,通常需要在極低的溫度下實現。研究人員在實驗室內,在基於鐵金屬的、溫度相對高一些(仍然是非常低的溫度下)、多個能量級的非常規超導體內,發現了短時間存在的「希格斯玻色子」。

研究人員稱,他們發現可以通過每秒幾萬億太赫茲的激光脈衝照射在超導體上,實現和控制在不同的能級態造出希格斯玻色子。這為希格斯機制的研究帶來新的突破。

王濟剛說,這種超導體內的希格斯機制在開發新的量子感應器上具有潛在用途。 「就像大型強子對撞機(LHC)可以使用希格斯粒子偵測暗能量或反物質幫助我們進一步探索宇宙的起源,我們這種一張桌子就能放得下的希格斯模式感應器可以幫助我們探索物質量子態下隱藏的秘密」 。

他進一步解釋說,這項研究將推動用於高速和信息科技的新一輪「量子變革」。 「這是這種來自奇異的量子世界的物質在現實世界的用途之一」。 

這份研究報告於1月11日發表在《自然·通訊》(Nature Communications)期刊上。

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