從L HC到希格斯玻色子的發現
——兩本與“上帝粒子”有關的新書介紹

馮詩齊/編譯

從L HC到希格斯玻色子的發現
——兩本與“上帝粒子”有關的新書介紹

馮詩齊/編譯

《希格斯：“上帝粒子”的發明與發現》（Higgs: The Invention and Discovery of the‘God Particle’），吉姆·巴戈特(Jim Baggott)著，牛津大學出版社，紐約，2012.$24.95(277頁)，ISBN 978-0-19-960349-7

《宇宙盡頭的粒子:對希格斯玻色子的搜尋如何引領我們到一個新世界的邊緣》（The Particle at the End of the Universe:How the Hunt for the Higgs Boson Leads Us to the Edge of a New World），肖恩·卡羅爾(Sean Carroll)著，達頓出版社，紐約，2012. $27.95(341頁)，ISBN 978-0-525-95359-3

由于歐洲核子中心(CERN)大型強子對撞機(LHC)研究程序獲得的備受矚目的成功，看到相關新書的出版也就一點也不令人吃驚：它會告訴你這個由LHC開始的戲劇性故事，以及那個很可能是希格斯玻色子的發現。這兩本書一是肖恩·卡羅爾(Sean Carroll)的《宇宙盡頭的粒子：對希格斯玻色子的搜尋如何引領我們到一個新世界的邊緣》；另一是吉姆·巴戈特(Jim Baggott)的《希格斯：“上帝粒子”的發明與發現》。兩本書都介紹了希格斯玻色子的史詩般的傳奇，雖然作者有他自己處理故事的方式，但二者都著重突出了所涉及的人。事實上，在描述歷史和人物上二者都是最強的。

理論家卡羅爾以一個準知情人的視角講述了這個故事。盡管他并沒有直接參與LHC的研究，但他是一個頗有些名望的物理學博主——在今日世界，有關一項發現的傳聞在博客世界中出現要遠比官方的通告來得早——卡羅爾敘述了他是如何通過他的“媒體”來關注2012年7月對希格斯玻色子的宣告的。

《宇宙盡頭的粒子:對希格斯玻色子的搜尋如何引領我們到一個新世界的邊緣》一書的開篇是引導性的描述和有關標準模型的簡史，以及對LHC探測器是如何工作的作了粗略的解釋。然而，這本書關注的重點是希格斯場和玻色子，作者在對稱性以及如何打破對稱——即使這意味著

本文作者：唐·林肯(Don Lincoln)，費米實驗室的研究物理學家，也是歐洲核子中心(CERN)緊湊渺子線圈(CMS)協作項目成員，著有《量子邊界：大型強子對撞機》（約翰·霍普金斯大學出版社，2009)一書以及相關粒子物理普及讀物。得到了一個破缺的對稱性——等問題上花費了一些筆墨，特別是有關希格斯機制和LHC的章節十分有趣，文筆優美流暢。這本書非常適合于那些喜歡以談話形式描述希格斯玻色子及其意義的讀者。如果你的鄰居是非專業人士，那么他們也會喜歡它。

當然，《宇宙盡頭的粒子》也存有一些不足，即在書的前半部分中，經常出現卡羅爾的自說自話。應該說，一本好書會吸引讀者沉浸到故事之中，直到一切都結束。該書還介紹了量子場論，這一理論描述了如何將電子、光子和所有其他亞原子粒子表達成不同場的振動模式。由于通俗文學中難得見到獨特的見識，《宇宙盡頭的粒子》一書對于一個對現代物理學細節感興趣的讀者會有所裨益。

然而，卡羅爾給予量子場論的待遇比我期待的“膚淺”。其實，要是以適當的難度將這個問題對目標群體多寫幾頁，將會大大拓展這本書的受眾面。最后，我對此書的一個忠告是，卡羅爾頻繁提及的引力子，毫無疑問這是一種推測中的粒子，可在書中卻給粗心的讀者留下印象，似乎它們是公認的事實，而不是理論上的假設。

《希格斯：“上帝粒子”的發明與發現》則具有完全不同的風格。巴戈特是一位自由撰稿人，不是物理學界的局內人，他的作品如同保鮮盒，致使讀者很容易地進入他的故事而無需刺激性的情節。盡管他的題材相對狹窄，該書實際上是在寫關于對稱性的——希格斯玻色子的發現確實是過去近百年來的最高成就，在那期間，科學家已經越來越意識到對稱性在我們宇宙中所扮演的角色。

在該書的第一章，介紹了一位才華橫溢的數學家埃米·諾特(Emmy Noether，她的名字與擁有守恒定律的物理學理論中的數學對稱性緊密相聯)，然而，在描述過程中存在較明顯的缺陷。巴戈特給出空間和時間對稱性的常見例子分別導致動量和能量的守恒，但他試圖通過量子力學相對稱性來解釋電荷守恒的起源。這是準確的，但我不能確信非專業人士會理解他的描述。在我看來，讀者更情愿簡單地接受另一種被發現的對稱性，即電荷的守恒，雖然它僅僅意味著對“量子力學相是什么”這個問題的最粗略的理解。

該書順著歷史的脈絡，依次介紹其他一些才華橫溢的人物及其擁有的有關新的對稱性如何適合更大構想的發現。這些歷史故事是20世紀粒子理論對創新最具影響的一場有趣的旋風之旅，許多見解引人入勝。至于歷史性陳述的不足之處，即對弱力的對稱性SU(2)和強力的SU(3)的介紹，并未真正解釋清楚。再者，我擔心大部分讀者會把這些對稱性僅僅視為幾個術語而已，就是“我不懂那些對稱性，但它們似乎很重要。”我不能肯定，強力的SU (3)是否值得介紹，因為它對于希格斯機制的敘說并非關鍵，而該書的中心主題之一則是希格斯機制。

該書的后半部分更多地關注于電弱對稱破缺的故事，而希格斯機制的作用正在其中。在這一章節中，除了與本書較前部分基本概念的說明有關之處有某些含糊外，其他部分都很著力。

遺憾的是，《希格斯：“上帝粒子”的發明與發現》一書中含有大量對專業讀者而言明顯的錯誤。巴戈特寫道，在泡利不相容原理中，一個質子的夸克數量(兩個上夸克、一個下夸克)違反了費米子統計學特征；而泡利不相容原理指出，兩個同等的粒子不能處于相同的量子狀態。但如果兩個上夸克的自旋相反那就不存在問題。類似于帶有三個上夸克的Δ++或帶有三個下夸克的Δ-的重子，啟發奧斯卡·格林伯格(Oscar Greenberg)、南部陽一郎等提出了夸克色荷。在描述幫助物理學家解決弱力性質的β衰變的作用時，巴戈特展示說明了中微子散射的費曼圖，而不是β衰變。

類似的瑕疵遍及整部原稿。盡管這些錯誤或許還不足以對整本書橫加指責(一些讀者不會關注這些細節錯誤)，但人們不免會留下懷疑：同樣的錯誤是否也會在歷史性敘述的章節中出現。雖然《希格斯：“上帝粒子”的發明與發現》是最新出版的，但欲了解希格斯玻色子歷史細節，更保險的選擇也許可以看一看伊恩·桑普爾(Ian Sample)的《大海撈針：引發科學界最大規模搜尋的失蹤粒子》(Massive:The Missing Particle That Sparked the Greatest Hunt in Science)》,Basic Books,2010;reviewed in Physics Today,May 2011,page 47。

[資料來源：Physics Today][責任編輯：則 鳴]