希格斯粒子「蹺蹺板效應」產生暗能量

為了跟蹤在宇宙中分布最廣泛的暗能量，物理學家搭建了希格斯粒子的「通道」。宇宙學和粒子物理學其中之一的最大神秘性是暗能量現象，暗能量在宇宙成分中占支配的地位，科學家間接地觀測了它的影響力。暗能量的密度呈現一種顯著的數量特徵，它的密度值非常小，卻沒有小到零值。暗能量密度比理論物理學的預測少了120個數量級，暗能量低密度的分布常被物理學家稱之為「宇宙常數」，一直以來，物理學家沒有很好地解決暗能量的密度問題，他們有時感到「一籌莫展」。

亞利桑那國立大學的物理學家勞倫斯·克勞斯，路易斯安那大學拉法耶特分校的物理學家詹姆斯·鄧特開展了聯合研究，他們指出，希格斯波色子的發現為進入「暗能量世界」提供了入口。現在，物理學家在希格斯粒子發現「線索」的指引下，成功地解釋了暗能量一些令人費解的特徵，找到了理解宇宙常數問題的指南。克勞斯和鄧特合寫了一篇標題為「希格斯的蹺蹺板機制解釋了暗能量的來源」論文 ，《物理學評論通訊》刊登了兩人的理論研究的成果。他們探索了希格斯粒子之間一種可能的聯合，希格斯粒子小的聯合達到了常規的大統一尺度，相結合、或聯合的新粒子低於質子尺寸的16個數量級，這種大統一尺度已經能夠集合已知的三種自然基本力

聯合的希格斯粒子統一了三種自然基本力，只有引力除外。物理學家定義了希格斯場，而被聯合的希格斯粒子統一的三種自然基本力構成了自然存在的另一種場，它不是希格斯場，而是與希格斯場不同的另外一種場，它為「空無一物」的太空提供了能量密度的分布，而能量密度和觀測的能量密度保持一致，兩者的精確匹配說明，理論預期與實際觀測的數量高度一致。目前觀測的宇宙呈現加速的膨脹，物理學家和宇宙學家將宇宙的加速膨脹歸結為暗能量的作用，單以物體運動的機制不能說明宇宙加速膨脹的原因。

太空暗能量產生了一種排斥力，物質的相互作用產生引力，暗能量相互作用產生排斥力。引力作用使得星系聚合在一起，而排斥力的作用使得星系相互分離。星系內的暗物質引力發揮了支配性的作用，如果缺少暗物質的引力作用，那麼星系內的天體和物質顆粒不足以聚合起來。暗物質粒子不與光子發生直接的相互作用，科學家通過間接觀測的手段來發現暗物質的存在和數量。暗能量貢獻了宇宙總成分的70%，可見物質僅貢獻了宇宙總成分的2%至5%，其餘的25%則由暗物質構成。

在目前的粒子物理學中，暗能量的來源和理論推算的暗能量數量是兩個懸而未決的疑難，「兩個疑難」代表了物理學和宇宙學的主要研究方向。亞利桑那大學人文和科學學院的地球和空間探索學科系的克勞斯教授認為，他們的研究成果反映了「暗能量物理學」的進步。克勞斯教授目前擔任有關暗能量研究項目的主任。希格斯波色子的發現為高能粒子物理領域打開了一扇窗口，希格斯粒子以一種非常小數量的混合、或聯接達到了一種大尺度場的效應，而有效運轉的大尺度場效應充當了暗能量的「導航儀」、或「入口」的指南。

希格斯粒子產生了一種最簡單的微小混合，弱電物理學在微小混合的希格希粒子領域發生了作用，在希格斯粒子微小聯合的基礎上形成一種可能的大尺度聚合，而在大尺度聚合的範圍上，太空的真空能量才能以暗能量的方式顯現出來，並且理論預測的暗能量數量級和觀測的暗能量數量級相一致。暗能量的自然發生過程可以用「星星之火，可以燎原」來形容，這種暗能量的形成機制符合粒子物理學標準模型的定義，對標準模型進行了簡單的延伸和拓展。克勞斯和鄧特相信，在理解暗能量形成機制可能的進步方面，他們的理論構想僅僅前進了一小步，為了解釋暗能量的神秘性，科學家需要一步一步地向前邁進。物理學家不能很好地解釋太空大數量級的暗能量，目前的標準模型仍有許多的問題沒有解決，這恰好是物理學家和宇宙學家為之努力的方向。

（編譯：2013-8-13）

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