楊先碧

質(zhì)量來源之謎

物質(zhì)具有質(zhì)量似乎是天經(jīng)地義的事情，但是至于物質(zhì)為何會(huì)具有質(zhì)量，則是一個(gè)十分重大的科學(xué)問題。直到20世紀(jì)以后，科學(xué)家才發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)是由原子組成，而原子則是由一些更基本的粒子組成。

在粒子物理學(xué)里，人們用標(biāo)準(zhǔn)模型來描述強(qiáng)力、弱力及電磁力這三種基本力以及組成所有物質(zhì)的基本粒子。標(biāo)準(zhǔn)模型中的粒子分為三大類62種，分別是12種輕子、36種夸克、14種玻色子。

在希格斯玻色子沒有提出之前，物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型中只有61種基本粒子?？茖W(xué)家不知道這些基本粒子為何會(huì)讓物質(zhì)具有質(zhì)量，盡管許多基本粒子的質(zhì)量已經(jīng)被測量出來了。

1954年，物理學(xué)家楊振寧與同事米爾斯一起，提出了“楊-米爾斯理論”。按照這個(gè)理論，標(biāo)準(zhǔn)模型中的矢量玻色子是沒有質(zhì)量的。然而，當(dāng)時(shí)有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，矢量玻色子是有質(zhì)量的。

這就怪了，明明我們的世界是具有質(zhì)量的，為什么理論物理學(xué)家讓世界失去了質(zhì)量呢？

誰讓物質(zhì)有了質(zhì)量

1964年，恩格勒和布魯特發(fā)表論文稱，是一種特殊的場基本粒子產(chǎn)生慣性而擁有質(zhì)量。他們進(jìn)一步預(yù)言，產(chǎn)生這種場的粒子是一種玻色子。1個(gè)月后，希格斯也發(fā)表了類似的論文。令人奇怪的是，此后，名聲大噪的是希格斯，而先發(fā)論文的兩位科學(xué)家卻默默無聞，這是怎么回事呢？

原來，按科學(xué)界的規(guī)則，新發(fā)現(xiàn)的命名如果不是多人聯(lián)名，就要按最先發(fā)現(xiàn)者的名字給予命名?？墒牵@個(gè)發(fā)現(xiàn)是個(gè)例外。當(dāng)時(shí)，頗有影響的美國物理學(xué)家史蒂文·溫伯格在論文中將兩組科學(xué)家發(fā)表論文的順序引錯(cuò)了，所以別人也以為希格斯是最早的提出者。因此，玻色子最終以希格斯的名字命名。

同樣，希格斯玻色子產(chǎn)生的場也被稱命名為希格斯場，它像磁場那樣可以對(duì)其他物質(zhì)產(chǎn)生作用。按照希格斯等人的理論，希格斯玻色子在宇宙中廣泛存在，是所有物質(zhì)的質(zhì)量之源，其他粒子游弋在希格斯玻色子的場中，并產(chǎn)生慣性，進(jìn)而形成質(zhì)量，構(gòu)筑成大千世界。

1988年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者萊德曼曾經(jīng)以“上帝粒子”來稱呼希格斯玻色子，比喻希格斯玻色子就像上帝一樣，賦予了萬物以質(zhì)量。如果宇宙中的希格斯玻色子突然消失，整個(gè)宇宙將分崩離析，成為難以聚積起來的“一盤散沙”。

對(duì)以上的命名和贊譽(yù)，希格斯很謙虛，自認(rèn)不配，也不認(rèn)可“上帝”之說。

現(xiàn)在，希格斯玻色子已成為整個(gè)粒子物理學(xué)界研究的中心，萊德曼則更形象地將其稱為“指揮著宇宙交響曲的粒子”。

大獎(jiǎng)遲到的原因

在希格斯玻色子相關(guān)理論的傳播過程中，比恩格勒更“冤”的是布魯特，他于2011年5月去世。他不僅未能見證希格斯玻色子獲得實(shí)驗(yàn)證實(shí)，也未能領(lǐng)取諾貝爾獎(jiǎng)，因?yàn)橹Z貝爾獎(jiǎng)不授予過世的科學(xué)家。這不能不說是一種遺憾。

你可能要問，希格斯玻色子早在1 964年就被提出來了，為什么在將近50年后才獲獎(jiǎng)呢？

其實(shí)，這也不能怪諾貝爾評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)。因?yàn)樵u(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)有一個(gè)不成文的慣例，科學(xué)獎(jiǎng)如果要頒發(fā)給理論科學(xué)家，就只能頒發(fā)給經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的理論。比如，愛因斯坦因相對(duì)論而名揚(yáng)天下，然而他1921年獲獎(jiǎng)卻不是因?yàn)橄鄬?duì)論，而是他發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)，雖然光電效應(yīng)明顯不如相對(duì)論重要，但是其實(shí)驗(yàn)可以被驗(yàn)證。又比如，我們熟悉的理論物理學(xué)家霍金，他的理論就太超前，也無法被現(xiàn)有的技術(shù)手段驗(yàn)證，所以基本上可以判定，他無緣諾貝爾獎(jiǎng)。

不頒獎(jiǎng)就是丑聞

我們把話題再拉回到希格斯玻色子。

所謂玻色子，就是一些自旋為0或正整數(shù)的粒子，比如光子、中子等。自旋為0就意味著它圍繞粒子中心無論怎么自旋，都可以和原來的粒子重合。也就是說，希格斯玻色子從各個(gè)角度看都是一樣的，因此，要探測和捕獲它也就變成了一件十分困難的事情。

然而，科學(xué)家沒有放棄捕獲希格斯玻色子的努力，

2012年7月4日，一直利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的歐洲核子研究中心宣布，他們發(fā)現(xiàn)了一種獨(dú)特的亞原子粒子，很可能就是希格斯粒子。

對(duì)這一試驗(yàn)結(jié)果，希格斯很謹(jǐn)慎，但是其他物理學(xué)家非常有信心。

愛打賭的霍金認(rèn)輸了。此前，他打賭，歐洲核子研究中心找不到希格斯玻色子。但是2012年7月，他通過閱讀相關(guān)論文認(rèn)為希格斯玻色子找到了，于是，他認(rèn)賭服輸，還預(yù)言，希格斯很快就可獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

2013年3月14日，歐洲核子研究中心發(fā)布新聞，確認(rèn)發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子。

于是，得到實(shí)驗(yàn)證明的希格斯理論成了2013年諾貝爾物理獎(jiǎng)的大熱門，甚至有媒體和研究人員放出“狠話”：要是2013年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)不頒給希格斯，那就將是一大丑聞。

最終的事實(shí)也正如大家所愿。