“上帝粒子”：遲到的肯定

天才的假設，在時隔近半個世紀之后終於得到了諾貝爾物理學的肯定

錢夢妮

[ 希格斯本人在得知這一消息之后“非常開心，但手頭還有許多重大問題有待研究” ]

北京時間10月8日晚，在原定時間被推遲一小時之后，2013年諾貝爾物理學最終公佈：來自比利時布魯塞爾自由大學的弗朗索瓦·恩格勒和英國愛丁堡大學的彼得·希格斯共同因對希格斯玻色子的研究而獲獎。

官方獲獎理由這樣道：“在理論上發現了有助於我們理解亞原子粒子質量起源的機制，而且經由它所預言的、最近已經被CERN大型強子對撞機的ATLAS和CMS發現的基本粒子而得到了證實。”

希格斯玻色子是賦予其他所有粒子質量的粒子，因此被稱作“上帝粒子”。早在1964年，恩格勒、希格斯以及另外一位現已過世的物理學家一起提出了量子場方程，而希格斯還明確預言了希格斯場的存在。盡管這一理論在很長一段時間內都沒有得到證實，但物理學界普遍都會用這種方法來證明亞原子粒子的質量。

之所以當時希格斯會提出這樣的觀點，是因為當時沒有人可以解釋為什麼有些亞原子的粒子質量很大，有些質量卻很小甚至沒有質量。希格斯所設想的希格斯場能夠與亞原子粒子相互作用，從而賦予它們質量。質量大的粒子與希格斯場相互作用多，而零質量的粒子則壓根不與之發生相互作用。

費米實驗室的粒子物理學家Don Lincoln在一個科普視頻中拿游泳者和水作比喻。水就好比希格斯場，一隻玲瓏輕巧的流型梭魚與水的相互作用小，因此可以在水中自由自在地游動。梭魚就好比是質量很輕的粒子。與之相對照的是他的好朋友艾迪，熱愛吃甜甜圈的傢伙，他就只能在水中緩慢移動。艾迪就好比是質量重的粒子，他與水的相互作用就多得多。

亞原子粒子中質量最輕的是電子，質量最重的當屬頂夸克。它的質量甚至和黃金的原子差不多，大約是電子的35萬倍。但是這裏必須強調的是，頂夸克之所以具有更大的質量不是因為它的體積大，因為它並不比電子大。實際上，科學證明頂夸克和電子的體積是几乎相同的，都是零。於是，頂夸克之所以質量更大，就只是因為它與希格斯場的相互作用更多。如果希格斯場並不存在，也就是希格斯的假設並不成立，那麼這些粒子的質量也就都是零了。

如今，人們並不太常用希格斯場這個概念，而是希格斯玻色子。簡單來，希格斯玻色子是希格斯場的組成單元。繼續拿水作比喻，水是一種連續的介質，當中並無孔洞。而水都是由水分子組成的，即H2O——同理，希格斯場也就都是由希格斯玻色子組成。

直到最近，希格斯玻色子才被先進的實驗儀器證實存在。於是諾貝爾獎終於實至名歸。據官方推特稱，希格斯本人在得知這一消息之后“非常開心，但手頭還有許多重大問題有待研究”。他的假設在時隔近半個世紀之后終於得到了科學界最高級別的肯定。