發現“上帝粒子”

什么是“上帝粒子”？為什么那幫物理學狂人們像打了雞血一樣為它的現身歡呼雀躍呢？看來，我們都有必要了解一下物理學的世界里究竟發生了些什么了。

對于物理學界尤其是粒子物理學界來說，上個月發生了一件不亞于“人類登上月球”之類的大事：歐洲核子研究所所長洛夫·霍耶爾宣布：兩個為大型強子對撞機（LHC）工作的獨立團隊，已經確定發現了希格斯玻色子（又名“上帝粒子”）。

什么是“上帝粒子”？為什么那幫物理學狂人們像打了雞血一樣為它的現身歡呼雀躍呢？看來，我們都有必要了解一下物理學的世界里究竟發生了些什么了。

何謂“上帝粒子”

要解釋“上帝粒子”，首先要從粒子物理學的標準模型說起。

自然界中物體之間的相互作用力可以劃分為4種，即引力、電磁力、強相互作用力和弱相互作用力。愛因斯坦的相對論解決了重力問題之后，理論物理學家開始嘗試建立統一的模型，以期解釋通過后3種力相互作用的所有粒子，這就是標準模型。該模型把基本粒子分為夸克、輕子和玻色子3大類，預言了62種基本粒子的存在。然而，這個標準模型卻有一個致命的缺陷——它演繹的世界里沒有質量。

直到1964年，英國科學家彼得·希格斯提出了希格斯場的存在，并假設希格斯玻色子是物質的質量之源，標準模型才得以自圓其說。根據希格斯的理論，希格斯玻色子是其他粒子形成質量的基礎。它們在希格斯玻色子構成的“海洋”中游弋，受其作用而產生慣性，最終才有了質量。爾后所有的粒子在除引力外的另3種力的框架中相互作用，統一于“標準模型”之下，構筑成大千世界。

隨著實驗物理學家把加速器越造越大，標準模型預言的未知粒子全都在實驗中現身，只有最重要的“上帝粒子”仍然“在逃”。對于粒子物理學研究者來說，這種情況多少有些搞笑。因為幾乎所有粒子物理學的研究都要基于標準模型，而這一理論的一個基礎預設居然還沒有被徹底證實。換句話說，一旦“上帝粒子”的存在被證偽，“標準模型”理論大廈將傾。

尋找“上帝粒子”

粒子物理學家們當然不會放任這樣的情況延續下去。長期以來，他們一直試圖揭開希格斯玻色子的“面紗”。大型強子對撞機正是物理學家為尋找“上帝粒子”所作的最新嘗試。

為什么希格斯玻色子一直很難找到？說起來很容易理解：它的質量一定足夠大，以往使用的粒子對撞機能量還不夠大，還不足以把它撞出來。并且它極不穩定，將在碰撞后10億分之一秒的時間內衰變，因此要想捕捉到它極不容易。

這時候，大型強子對撞機的建成和投入使用，使科學家們對捕捉“上帝粒子”有了足夠的信心。最激動人心的是，這將是一個判決性實驗——如果真有希格斯玻色子存在，它一定能探測到，不像以往的實驗設備存在漏網的可能性；反過來的說法也成立，如果它仍然不能探測到希格斯粒子，就說明這東西根本不存在。要么證實，要么證偽。

大型強子對撞機位于法國和瑞士邊境地區地下100米深、約27公里長的環形隧道中，耗資總計約 20億美元。在撞擊器內那條27公里長的圓形隧道，超導磁鐵會把質子和離子加速至接近光速，然后相撞，在極細微空間爆發十萬倍太陽溫度的超級高溫。這一刻就像宇宙大爆炸之后，釋放大量能量和基本粒子，冷卻后形成組成物質的質子和中子。而令人欣喜的是，這個“大家伙”不負眾望，終于找到了人們期盼已久的“上帝粒子”。

“上帝粒子”與日常生活

可能有些人會問，為什么我們要花這么大力氣去尋找“上帝粒子”？它能帶我們穿梭時空？還是可以送我們在宇宙旅行？

十分遺憾的是，“上帝粒子”并不像它的名字聽起來那樣無所不能。不以物理為業的人對客觀世界組成的理解，大概會停留在課本上質子、中子、電子之類，而在粒子物理學的世界里，研究已經到達了玻色子級別的基本粒子。這些粒子的形態和外觀無法用任何儀器“看到”，而所謂的“找到”，指的則是通過一系列實驗數據的論證。在那樣微觀的世界里，甚至“質量”都不是我們所熟知的幾斤幾兩的重量，而也是一系列由數字來證明的存在。

許多網友在圍觀了英文網站第一時間的報道后紛紛吐槽：好像很牛的樣子……但是完全看不懂！其實不消說普通網友，就連同樣屬于物理學中的應用物理研究者，也同樣不能完全明白粒子物理學家的興奮。實際上，基礎科學與應用科學的“死磕”在每一個學科領域都存在，基礎科學總被人質疑“能做什么”，而應用科學則又常常遭到“過分功利”的鄙視，就像《生活大爆炸》里理論物理學家謝耳朵長期鄙視研究應用物理的Howard。

發現“上帝粒子”無疑深化了我們對物質本質的理解，但將這種理論運用到生活中還需要一段時間。“上帝粒子”的發現基本論證了標準模型的成立，這只是一個開端而不是終點。在標準模型成立的基礎上，還有更多的科研工作等待展開。