“上帝粒子”做了什么

孙文德

诺贝尔奖评选委员会将2013年度的诺贝尔物理学奖授予比利时物理学家弗朗索瓦·恩格勒特和英国物理学家彼得·希格斯，以表彰他们预测了“上帝粒子”的存在，帮助我们理解物质为什么具有质量。

这是一个众望所归的结果，84岁的希格斯和81岁的恩格勒特有理由感到自豪。1964年，他们就先后做出预言，认为宇宙中弥漫着一种能量场（希格斯场），并会产生一种粒子，它能赋予万物质量。人们用希格斯的名字给这种神奇的“上帝粒子”命名——希格斯玻色子。几十年来，科学家孜孜以求的探索在2012年7月获得成功，欧洲核子研究中心得到的数据已经足以证明“上帝粒子”理论的正确性。

发现希格斯玻色子的历程可能是人类历史上最费时费力费钱的科学实验之一，全球许多国家都贡献了自己的力量。在那些庞大、复杂的对撞机上，科学家花了几十年，在极其狭小的空间和转瞬即逝的时间内捕捉“上帝粒子”的蛛丝马迹。终于，通过近6000名研究人员多年的不懈努力，终于从数以十亿计的粒子对撞中提取出希格斯玻色子。

希格斯当时说，自己“很高兴能活着看到这一天”。

这两位科学家的理论到底说了些什么？他们带领我们回到137亿年前，回到万事万物的起点。在宇宙大爆炸的瞬间，各种粒子四下飞奔，一些粒子因为希格斯场的存在获得了质量，放慢了脚步，逐渐聚合，产生了恒星和行星，慢慢孕育出生命。我们现在熟悉的世界就是这样生成的。

恩格勒特和希格斯的理论描述了这一过程。如果不存在这一机制，宇宙中的所有粒子会像现在的光子一样，没有质量，在无垠的空间中撒野，宇宙就会像一锅沸腾的热汤，“希格斯粒子为我们带来了构造世界的砖块”。就像苍蝇落在蜜糖上会被粘住一样，希格斯粒子粘住了获得质量的粒子。诺贝尔奖评选委员会说：“没有希格斯场，我们就不会存在。”

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发现玻色子的欧洲大型强子对撞机

什么是时间？什么是空间？如何准确、全面地描述我们所处的这个宇宙？这是理论物理学家一直想要回答的问题。近几十年，他们的研究已经达到了相当的深度，提出了所谓“宇宙标准模型”，预言了宇宙中全部的基本粒子。这被视为当代粒子物理学的基石，构成了人类理解宇宙的基本视角。

诺贝尔奖评选委员会如此评价：“按照标准模型，任何事情，从鲜花到人类，再到恒星和行星，都是由少量构筑模块构成的，那就是物质粒子。这些粒子受到作用力的支配，而那些作用力则由携力粒子传递，以保证万物能够正常运转。”

按照标准理论模型，基本粒子并没有质量，但实验结果却又清楚地表明，绝大多数粒子都是有质量的。希格斯机制就是针对这一难题提出的，现在已成为标准模型的核心。它是人类智慧和深邃宇宙相碰撞的美妙产物，使标准模型对于宇宙的解释更加稳固。

2012年7月4日，欧洲核子研究中心宣布，他们发现的新粒子几乎可以确定就是一种希格斯粒子。近半个世纪以来，希格斯机制第一次得到了坚实有力的证据。当天公布消息的时候，身经百战的老科学家都显得有点紧张。人们怎能不激动，这可关乎我们对宇宙的基本认知。

在寻找希格斯粒子的漫长过程中，不少人失去耐心，甚至开始进行基于“希格斯粒子不存在”这一假设的研究。霍金甚至还和希格斯打赌，认为“上帝粒子”不存在。最终，大自然给予不畏险途的探索者丰厚的回馈。不过，一切才刚刚开始，正如瑞典皇家科学院所说，发现希格斯玻色子并非宇宙谜题拼图的最后一块，还有更多神秘的未知领域等待科学家去探索。