孫文德

諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)將2013年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予比利時(shí)物理學(xué)家弗朗索瓦·恩格勒特和英國(guó)物理學(xué)家彼得·希格斯，以表彰他們預(yù)測(cè)了“上帝粒子”的存在，幫助我們理解物質(zhì)為什么具有質(zhì)量。

這是一個(gè)眾望所歸的結(jié)果，84歲的希格斯和81歲的恩格勒特有理由感到自豪。1964年，他們就先后做出預(yù)言，認(rèn)為宇宙中彌漫著一種能量場(chǎng)（希格斯場(chǎng)），并會(huì)產(chǎn)生一種粒子，它能賦予萬(wàn)物質(zhì)量。人們用希格斯的名字給這種神奇的“上帝粒子”命名——希格斯玻色子。幾十年來(lái)，科學(xué)家孜孜以求的探索在2012年7月獲得成功，歐洲核子研究中心得到的數(shù)據(jù)已經(jīng)足以證明“上帝粒子”理論的正確性。

發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子的歷程可能是人類歷史上最費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢(qián)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)之一，全球許多國(guó)家都貢獻(xiàn)了自己的力量。在那些龐大、復(fù)雜的對(duì)撞機(jī)上，科學(xué)家花了幾十年，在極其狹小的空間和轉(zhuǎn)瞬即逝的時(shí)間內(nèi)捕捉“上帝粒子”的蛛絲馬跡。終于，通過(guò)近6000名研究人員多年的不懈努力，終于從數(shù)以十億計(jì)的粒子對(duì)撞中提取出希格斯玻色子。

希格斯當(dāng)時(shí)說(shuō)，自己“很高興能活著看到這一天”。

這兩位科學(xué)家的理論到底說(shuō)了些什么？他們帶領(lǐng)我們回到137億年前，回到萬(wàn)事萬(wàn)物的起點(diǎn)。在宇宙大爆炸的瞬間，各種粒子四下飛奔，一些粒子因?yàn)橄８袼箞?chǎng)的存在獲得了質(zhì)量，放慢了腳步，逐漸聚合，產(chǎn)生了恒星和行星，慢慢孕育出生命。我們現(xiàn)在熟悉的世界就是這樣生成的。

恩格勒特和希格斯的理論描述了這一過(guò)程。如果不存在這一機(jī)制，宇宙中的所有粒子會(huì)像現(xiàn)在的光子一樣，沒(méi)有質(zhì)量，在無(wú)垠的空間中撒野，宇宙就會(huì)像一鍋沸騰的熱湯，“希格斯粒子為我們帶來(lái)了構(gòu)造世界的磚塊”。就像蒼蠅落在蜜糖上會(huì)被粘住一樣，希格斯粒子粘住了獲得質(zhì)量的粒子。諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)說(shuō)：“沒(méi)有希格斯場(chǎng)，我們就不會(huì)存在?！?/p>

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發(fā)現(xiàn)玻色子的歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)

什么是時(shí)間？什么是空間？如何準(zhǔn)確、全面地描述我們所處的這個(gè)宇宙？這是理論物理學(xué)家一直想要回答的問(wèn)題。近幾十年，他們的研究已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)?shù)纳疃?，提出了所謂“宇宙標(biāo)準(zhǔn)模型”，預(yù)言了宇宙中全部的基本粒子。這被視為當(dāng)代粒子物理學(xué)的基石，構(gòu)成了人類理解宇宙的基本視角。

諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)如此評(píng)價(jià)：“按照標(biāo)準(zhǔn)模型，任何事情，從鮮花到人類，再到恒星和行星，都是由少量構(gòu)筑模塊構(gòu)成的，那就是物質(zhì)粒子。這些粒子受到作用力的支配，而那些作用力則由攜力粒子傳遞，以保證萬(wàn)物能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。”

按照標(biāo)準(zhǔn)理論模型，基本粒子并沒(méi)有質(zhì)量，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻又清楚地表明，絕大多數(shù)粒子都是有質(zhì)量的。希格斯機(jī)制就是針對(duì)這一難題提出的，現(xiàn)在已成為標(biāo)準(zhǔn)模型的核心。它是人類智慧和深邃宇宙相碰撞的美妙產(chǎn)物，使標(biāo)準(zhǔn)模型對(duì)于宇宙的解釋更加穩(wěn)固。

2012年7月4日，歐洲核子研究中心宣布，他們發(fā)現(xiàn)的新粒子幾乎可以確定就是一種希格斯粒子。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，希格斯機(jī)制第一次得到了堅(jiān)實(shí)有力的證據(jù)。當(dāng)天公布消息的時(shí)候，身經(jīng)百戰(zhàn)的老科學(xué)家都顯得有點(diǎn)緊張。人們?cè)跄懿患?dòng)，這可關(guān)乎我們對(duì)宇宙的基本認(rèn)知。

在尋找希格斯粒子的漫長(zhǎng)過(guò)程中，不少人失去耐心，甚至開(kāi)始進(jìn)行基于“希格斯粒子不存在”這一假設(shè)的研究。霍金甚至還和希格斯打賭，認(rèn)為“上帝粒子”不存在。最終，大自然給予不畏險(xiǎn)途的探索者豐厚的回饋。不過(guò)，一切才剛剛開(kāi)始，正如瑞典皇家科學(xué)院所說(shuō)，發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子并非宇宙謎題拼圖的最后一塊，還有更多神秘的未知領(lǐng)域等待科學(xué)家去探索。