皮特·希格斯

最近几天，世界物理学界热闹异常。7月4日，来自欧洲强子对撞机的两个实验组，分别公布了他们观测到的一种新的玻色子，从实验结果综合起来看，非常“像”希格斯玻色子。希格斯玻色子被认为是质量之源，也是宇宙形成的关键。多年来，科学家只是在理论上推断出其存在，却从未捕捉到它的踪影。

一、希格斯的理论

“什么是质量”，虽然质量是一个非常熟悉的概念，但真要将其说清楚，并不是一件容易的事情。

英国科学家皮特·希格斯1929年出生在英国纽卡斯尔，后来进入爱丁堡大学任教。1964年7月16日，希格斯坐在爱丁堡大学的图书馆中阅读一篇文章时，产生了灵感，有关粒子如何获得质量的理论开始在他脑子里酝酿。希格斯假设，在137亿年前的宇宙大爆炸中，有这样一种玻色子，其他粒子在其构成的“海洋”中游弋，受其作用而产生惯性，最终才有了质量。恒星和行星因此得以诞生，并最终孕育生命。

在接下来的两个星期，希格斯写了两篇论文，后来这些论文成为现代粒子物理学的基础。希格斯说：“我解决了如何让它产生作用的理论问题，并有可能看到最终结果。我发现如何将好像没有重量的粒子转变成重粒子的方法，这稍微有些令人吃惊，但是它非常重要。”

希格斯假设的这种玻色子后来被命名为“希格斯玻色子”，也被科学家们称为“上帝粒子”，被认为是物质获得质量的根源。希格斯玻色子是电子和夸克等形成质量的基础。

二、基本粒子家族

所谓基本粒子，简单地说，就是组成物质的最小单位。在不同的时代，与这一定义所对应的“基本粒子”是有很大变化的。在很长时间以来，人们一直以为原子是组成物质的基本单位，19世纪末期，人们发现了电子，20世纪初期，人们又先后发现了质子和中子，这使得人们对基本粒子的认识有了很大的改变。

随着粒子物理学的发展，人们发现了越来越多的“基本粒子”，对“物质无限可分”的哲学思想也有了更加深刻的认识。科学家在建构宇宙理论的时候，提出了一个“标准模型”，预言了62种基本粒子，希格斯玻色子就是其中的一种。几十年来，科学家们通过各种途径来探测这些粒子存在的证据，以便对宇宙的“标准模型”进行检验。经过长时间的努力，到1995年，粒子物理学家先后发现了“标准模型”预言中的61种基本粒子，只剩下希格斯玻色子还没有被发现。

从那时开始到现在，将近17年的时间，基本可以用‘郁闷’二字来形容粒子物理学家的集体状态，不仅没有发现任何新粒子，也没有太多的其他发现。

三、希格斯玻色子的重要性

“上帝粒子”希格斯玻色子被认为是构成宇宙的最基本部件之一，证实其存在，将有助于重新构造对物质为何有质量的理解，将改变现有的物理学理论体系，并进而揭开充斥在宇宙中的暗物质的神秘本质。“上帝粒子”可以说是整个“标准模型”的基石，如果它不存在，将使整个“标准模型”失去效力。

为什么“上帝粒子”难觅踪影？

这一方面是因为“上帝粒子”的质量非常大，因此需要能量足够大的对撞机才能把其撞出来。另一方面是因为“上帝粒子”存在的时间短暂，将在碰撞后10亿分之一秒的时间内衰变。还有，“上帝粒子”产生的几率非常小。

希格斯自己肯定没有想到，寻觅希格斯玻色子的工作，竟然演变成了科学史上耗资最大的实验。欧洲核子研究中心1991年开始设计兴建欧洲大型强子对撞机，该对撞机位于法国和瑞士边境地区地下100米深、约27公里长的环形隧道中，耗资总计约100亿美元，并于2008年9月10日正式开始调试运行。它凭借能使单束粒子流能量达到7万亿电子伏特而成为世界上能级最高的对撞机。科学家普遍期望在这一对撞机的帮助下，能够发现希格斯玻色子。

大型强子对撞机

四、一个赌注

2008年，欧洲大型强子对撞机开始运行之际，自然也引起了各方的关注。霍金和希格斯两人为此还打了一场口水仗，并有一个赌约。

斯蒂芬·霍金在接受英国广播公司采访时认为，大型强子对撞机不会证实“上帝粒子”的存在，而找到“超对称假说”中的“超伴子”的可能性更大。他表示：“如果我们没有在试验中发现希格斯玻色子的存在，那么这将是一件更令人激动的事情。因为这表明我们在某方面做错了，我们需要重新来考虑这件事情。我已经打赌100美元，他们不会找到‘上帝粒子’。”霍金认为，无论大型强子对撞机能发现什么，都将会告诉人类许多关于宇宙形成的信息。

霍金赌注刚下，物理学界就炸开了锅，反应最为激烈的莫过于希格斯本人。他悲痛地回应说，霍金的挑战“就像是在批评已经去世的戴安娜王妃”。希格斯说，霍金“把粒子物理学的理论与重力学扯在一起，没有任何一位理论学派粒子物理学家会认为这是正确的。

今年的7月4日，在欧洲核研究组织当地时间4宣布发现结果之后，霍金表示，希格斯应该就此理论获得诺贝尔奖，“我曾经打赌说不会发现希格斯玻色子，现在看来我输了100美元。”

霍金的赌注，可以看作是科学家的一种浪漫。

五、物理学的新时代？

发现的这种“疑似”希格斯玻色子的粒子，实验中测出的质量，和此前科学家们预计的略有差别，显得更轻了些。这还需要进一步提高测量的精确度。

如果真的是希格斯玻色子，这或许将开启物理学的新黄金时代。让我们拭目以待吧！