解讀2013年諾貝爾物理學：什麼是希格斯粒子(2)

基本粒子質量之源

若沒有希格斯粒子，其他基本粒子就會仍以光速運行，宇宙將仍然是一鍋沸騰的基本粒子湯，不能組成物質，生命無從談起

希格斯粒子究竟是什麼？為什麼找到它如此重要？

早在2000多年前，人類便開始追問，我們所生活的世界是怎樣形成的？從德謨克利特的“原子”到如今被科學家普遍接受的準模型理論，從樸素的形而上學概念到準模型所預言的粒子陸續被證實，人類似乎越來越接近這一問題的答案。

在準模型裏，宇宙由62種不可再分的基本粒子構成，通過強力、弱力及電磁力這三種基本作用力組合成各種復合粒子，進而構成物質世界。

基本粒子可以分為兩大類：自旋為半整數的費米子(fermion)和自旋為整數的玻色子(boson)。費米子是構成物質“實體”的粒子，也稱之為物質粒子，而玻色子則傳遞基本相互作用，也可稱為載力粒子。

然而在準模型建立過程中，有一個問題卻一直困擾科學家：按照準模型理論，基本粒子並沒有質量，但實驗結果卻又清楚表明，除了光子以外的基本粒子都是有質量的。

1964年，希格斯等人提出了“希格斯機制”的概念，在理論上解決了這個問題。希格斯們認為宇宙間遍佈“希格斯場”，基本粒子在與希格斯場的相互作用下獲得了質量，而形成希格斯場的就是一種新的粒子，被命名為希格斯粒子。

根據對希格斯粒子性質的預言，希格斯粒子的自旋為零，是一種玻色子，所以又把希格斯粒子稱為希格斯玻色子。

希格斯理論提出，在宇宙誕生的最初，並沒有希格斯粒子的存在，其他的各種基本粒子都如光子一般，以光速橫衝直撞。宇宙誕生十幾秒后，希格斯粒子 誕生，形成了“希格斯場”。除了光子，其他的基本粒子與希格斯粒子發生碰撞后，就如同輕巧的棉花吸飽了水分一般，獲得了質量，而速度就慢下來了。

慢下來的基本粒子“夸克”在強相互作用下，抱團組成了質子、中子等粒子，質子和中子又組成了原子核，原子核與電子在電磁力作用下又形成了原子，原子構成分子，由此形成了我們所見到的大千世界。

如果沒有希格斯粒子，其他的基本粒子就會仍然以光速運行，不能聚合在一起，我們的宇宙將仍然是一鍋沸騰的基本粒子湯，根本不能組成物質，生命也無從談起。

希格斯玻色子的存在是希格斯機制的必然結果之一，假若實驗證實希格斯玻色子存在，則可給予希格斯機制極大的肯定。更重要的是，它的發現彌補了準模型的缺漏，奠定了準模型的基礎。

由於希格斯粒子一直未被發現，這些重要的問題一直懸而未決。這個準模型理論預言的最后一個粒子便一直成為科學家們苦苦追求的目標。[NT:PAGE=$]

等等，萬一希格斯理論被證明是錯誤的，希格斯粒子根本就不存在呢？

曾獲諾貝爾獎的著名粒子物理學家萊德曼表示，如果這樣，準模型理論將被推翻，至少需要進行修改。他表示，“這就像哥倫布啟程去尋找印度群島一樣，他和他的信徒們相信，如果沒有達到目的，他也會發現一些別的東西，這些東西可能會更有意義。”

在這個意義上來，很多科學家反倒有些失望，畢竟找到一個48年前就被預言了的“老粒子”多少有些無趣，他們期盼的是更為顛覆性的發現：假如準模型被推翻，整個物理世界的理論都有可能要重新改寫。

尋找希格斯粒子歷程艱難花費驚人

上帝粒子之所以取名為希格斯，是因為它是英國科學家彼得希格斯(Peter Higgs)於1964年提出的(與他差不多同時提出希格斯這一機制的還有其他幾個人，一旦希格斯粒子的存在最后被確認，他們將分享諾貝爾物理)。

尋找希格斯的工作早在上世紀90年代的LEP對撞機上就開始了。LEP似乎看到了希格斯的小尾巴， 可惜LEP對撞機由於要讓位於LHC的修建而過早關閉了，從此便與希格斯擦肩而過(現在看來，LEP的能量再提升一點就有能力看到希格斯了)。

接下來前赴后繼的是美國費米實驗室的Tevatron對撞機，這一領世界風騷近20年的對撞機也對希格斯進行了大力追捕，也模模糊糊看到了希格斯的嬌容，可惜這一對撞機正值壯年就被關閉了(被關閉的原因是在能量和亮度兩方面都競爭不過歐洲人的LHC對撞機)。

其實在LHC建造之前，美國人已經開始建造超級超導對撞機SSC，按照設計它將是真正的巨無霸對撞機，其能量比LHC還要高3倍，目標也是尋找 希格斯。可惜，SSC由於花費驚人(被稱為“吞噬金錢的無底洞”)而被美國國會終止了，已經挖好的地洞也被填平(很多第三世界國家的人為此嘆息，這些花巨 資挖的地道可以作防空洞或地道戰用啊)。

但是，歐洲人並沒有因此而停頓建造LHC的步伐，歐共體成員國共同出錢如期完成了LHC工程(世界上其他大國包括中國在內，也不同程度地出了錢)。LHC對撞機是人類歷史上投資最大的科學研究機器，造價高達100億美元，這一人類歷史上最高能量對撞機的主要目標就是尋找上帝粒子——希格斯。由於LHC涉及到幾十個國家和幾百個大學，它的發言人在7月4日的發布會做最后總結時，LHC是全球的力量、全球的成功。