结局与开始

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希格斯——“上帝粒子”的发明与发现

ISBN: 
978-7-5428-5719-4/N·876
出版日期: 
2013-08
开本: 
16开
页码: 
240
定价(元): 
38.00
作者: 
吉姆·巴戈特
译者: 
邢志忠
  

 

书评作者: 
李淼

 

 

        2013年10月19日 星期六 新京报,C11版,书评周刊

        前不久,希格斯先生与恩格勒先生一起分享了2013年度的诺贝尔物理学奖。《希格斯——“上帝粒子”的发明与发现》一书记载了希格斯粒子的研究过程,该书中文版此前已经出版。就此,科普作家李淼特地撰文。

        □李淼

        这是一个喜剧性的结局,在大型强子对撞机轰出希格斯粒子一年多之后,希格斯先生与恩格勒先生一起分享了2013年度的诺贝尔物理学奖。他们一位84岁,一位80岁了。

        他们等了很多年了,说等了49年有点矫情,毕竟在论文发表后的一些年他们并不知道做出了重大理论发现,那是1964年。1967年,温伯格将他们的理论应用到粒子物理中去,发现很好用,不仅将弱作用和电磁作用统一起来,还顺手让希格斯场做了基本粒子的质量的主宰:在希格斯场中运动的代价是不能像光那样轻松自在。

        历史是人为制造的,而且还在制造中。本来,关于希格斯机制的论文一共三篇,第一篇其实是恩格勒和布罗特合作的,据说比希格斯自己的第一篇阐述该理论的文章早了一个月。第二篇出现的是希格斯的文章,第三篇文章共有三位作者,都还活着,最大的81岁,最小的76岁。很遗憾,他们没有能够分享这次的奖金,因为诺贝尔奖一次不能奖给三人以上。既然共有三组人一起发现了叫做“希格斯机制”的理论,为什么这个机制叫希格斯机制?我觉得真正的原因是,温伯格那篇著名文章将希格斯的三篇相关论文列在恩格勒-布罗特文章和古拉尼-哈根-基伯的文章前面。

        恩格勒的合作者布罗特前年去世了,如果活着,极有可能分享,他去世时也有83岁了。

        也就是说,这次诺奖再次印证了几个事实。第一,你不仅要足够幸运还必须长寿。第二,你的物理同行在给事物命名这件事上从来不严谨,正如著名理论物理学家泊里雅科夫很早前抱怨过的,那个明明是别人的作用量为什么用我的名字命名?而明明是我推导的作用量却用刘维的名字命名?第三,最好的工作还是你年轻时做出来的。1964年,六个人中最大的布罗特也只有36岁。

        无论如何,这个奖给粒子物理学家带来了空前的欢乐。它肯定了欧洲核子中心十多年艰辛努力的成果,他们几乎找到了希格斯粒子,或上帝粒子。我说几乎的原因是,欧洲核子中心的两个庞大的实验组ATLAS和CMS找到的新粒子的自旋以物理学家最严格的标准还没有得到完全证实,虽然几乎没有疑问它的自旋就是我们期待的希格斯粒子的自旋。从去年7月4日宣布发现新粒子,到今年3月,自旋为0的可能性最多增加到99.9%。

        物理学家去年7月4日已经开了香槟庆祝过了。他们庆祝粒子标准模型中的最后一个粒子的发现,庆祝他们的理论合上了最后一章,更庆祝他们的同行、前辈以及无数技术人员数十年孜孜不倦的追求和努力终于开花结果。

        我个人的感觉是,大型强子对撞机一年多后重新启动运行,可能有很长一段时间我们不会听到任何令人兴奋的好消息,标准模型将不断地被证实,特别是希格斯粒子的性质。既然希格斯场赋予基本粒子以质量,那么希格斯粒子与基本粒子之间的耦合强度必须与该粒子的质量成正比,大型强子对撞机在今后数年中得到的无非是这个关系的一再证实。

        不排除有出人意料的结果,例如有全新的粒子出现,届时全世界的粒子物理学家将会像打了鸡血一样兴奋。我个人对这种情景的出现保持合理的悲观态度——不错,聪明的理论家们在过去几十年想出了各种各样的好点子来延展标准模型,例如超对称,例如额外维,例如比强相互作用更强的作用……这个名单可以一直开下去,毕竟理论家们的大脑没有闲着,他们也一直在竞赛,谁都想成为拿到圣杯的那个人。再说,对于一茬一茬新入行的理论家,也需要吸引眼球的理论工作帮助他们找到一个永久教职。

        谁也猜不透自然的秘密。15年前,有谁会知道宇宙的膨胀是加速的?那时最大的理论家都在说宇宙中不会存在暗能量,但暗能量的效应在1998年被观测到了,发现的几个主导人物也在前年获了诺奖。回过头来看看基本粒子理论,有一半的理论家,大的和小的,都说存在超对称。如果历史的经验值得注意,那么我会说,这个世界不存在超对称。正如温伯格在《希格斯——“上帝粒子”的发明与发现》一书的序言中所言:“今天科学家们的工作只不过是宏大的科学史诗中承前启后的最新篇章:我们力图猜中自然界的奥秘,并始终使我们的猜测服从于实验的检验。”

        最后,让我们就希格斯机制说几句话,毕竟2013年的诺奖是一次总结性的诺奖,它奖励的工作到底是一件什么样的工作?

        希格斯场是这样一种场,它完全不同于物理学家熟悉的电子场,也不同于光子场,更不同于夸克场。这种场存在的唯一目的是让世界看上去是现在这个样子:几乎所有粒子都有质量,特别是电子。万一电子没有质量,它就跑得和光一样快,不可能和原子核组合成原子,从而,地球也许就不存在,人类更加不可能存在。

        那么,希格斯场是怎么做到让很多粒子带上质量的?有一个经典的比喻:假设将充满真空的希格斯场变成偶像的脑残粉,这些脑残粉充满了一个大厅。现在,物质粒子进场,这些粒子有些是贵族,有些是名人,最后,还有一位是英国女王。我们想,也许英国女王最有名,最值得脑残粉求合影求签名,她在这个大厅的行进速度最慢,从而质量最大。其次可能是某些足球明星,比方说贝克汉姆,他行进的速度比女王稍快些,再其次是其他名人。

        所以,物理粒子因为被希格斯场缠上了,才有了质量,例如电子。但这不是故事的全部。希格斯场的作用还有一个,就是让弱力变成最弱的力(万有引力除外),电磁力变成比弱力更强的力,这就是所谓对称破缺,希格斯场让两种本来相似的力看起来完全不一样了。