希格斯玻色子发现十周年

编译 王晓涛

十年前，也就是2012年7月4日，世界各地的科学家和记者齐聚欧洲核子研究中心。大型强子对撞机（LHC）的ATLAS和CMS合作组宣布，他们发现了一种新的基本粒子——希格斯玻色子。此时，距离理论物理学家预言这种粒子的存在已经过去了近50年。这一发现具有十分重要的意义，不仅是因为期待已久的新粒子得到证实，而且该粒子的存在也首次直接证明，在我们周围存在一种新的基本“场”，即希格斯场。

物理学中场的概念在日常生活中随处可见，例如地球磁场以及它对指南针的影响。希格斯场与磁场之间最重要的区别在于，如果移除磁场的源头，磁场就会消失，但希格斯场在任何情况下都是非零的，与宇宙中是否存在其他东西无关。某种程度上，这令人想起源自古希腊的以太概念。二者的关键区别在于是否符合爱因斯坦的狭义相对论。

目前，物理学家将关于基本粒子和力的理论叫作标准模型理论，在这一框架下可以描述基本粒子和粒子间的相互作用力——引力除外。在标准模型中，希格斯场对于我们所熟知的世界至关重要。

正如我们将在下面看到的一样，任何粒子与希格斯场之间相互作用的强度直接影响该粒子的基本特性：质量。因此，希格斯场决定了原子的大小，使得质子稳定，并且确定了放射性β衰变的时间尺度，从而影响恒星的寿命（表1）。然而，在日常生活中，我们并没有注意到希格斯场就在我们身边。能够揭示希格斯场存在的唯一方法就是扰乱它，就像把石头扔进水里才能看到涟漪。……