
2013年5月,一篇题为《希格斯玻色子的诞生》的文章发表,无疑在告知诺贝尔委员会——别猜了,这确定、一定而且肯定就是希格斯粒子,给奖吧。果然,10月8日,诺贝尔物理学奖授予了两位发现者。被科学家们称为“上帝粒子”的希格斯玻色子可谓“不负众望”。
■王世平
世界是由什么构成的?
在20世纪30年代中期,人们给出的解释是:世界上所有的物质都是由化学元素组成的,每种元素是由原子组成的。每个原子含有一个原子核,而原子核由不同数目的带正电荷的质子和电中性的中子组成。围绕着原子核的是带负电荷的电子,受缚于电引力。
事实上,原子核中的质子和中子并非基本粒子。至20世纪90年代,物理学家已经发现了中微子和夸克,以及类似电子的μ子和τ子等基本粒子。物理学家用这些基本粒子建立了粒子物理学标准模型。建立在杨-米尔斯场论基础上的标准模型是人类理解物质世界的微观结构及其相互作用力的集大成之作,它的点睛之笔当属希格斯机制。该机制保证了电弱规范对称性的自发破缺,不仅使电磁力与弱核力从此分道扬镳,以及绝大多数基本粒子因此获得质量,而且预言了希格斯玻色子的存在。希格斯玻色子在标准模型中很重要,因为它意味着希格斯场的存在。假如没有希格斯场的话,那么组成你、我和可观测宇宙的基本粒子就不会有质量。随着标准模型理论中的粒子一一被发现,踪迹难觅的希格斯玻色子便成了标准模型的最后一块、也是极为关键的一块拼图。
希格斯玻色子被科学家们称为“上帝粒子”,几十年来,科学家一直在寻找这种神秘的粒子。2000年,斯蒂芬· 霍金和美国物理学家凯恩打赌,认为“上帝粒子”不可能存在,赌注100美元。
真正创造历史的一瞬间发生在2012年7月4日,这一天,欧洲核子研究中心宣布,发现了一个酷似希格斯玻色子的新粒子。这一消息瞬间传遍了全世界,各种新闻媒体竞相报道了这个高能物理学的最新胜利。而霍金的打赌也被戏称为“逢赌必输”。希格斯玻色子这一神秘的“上帝粒子”,最初是在1964年被猜想或“发明”出来的,并最终在48年之后以数十亿美元的代价被发现了。
希格斯机制的最早提出者有三位:比利时物理学家罗伯特·布劳特和弗朗索瓦·昂格勒,以及英国爱丁堡大学的物理学家彼得·希格斯。该机制被希格斯“垄断”,纯粹是由于1979年诺贝尔物理学奖得主史蒂文·温伯格的一次失误,错把希格斯作为该机制的第一提出人而令希格斯名扬天下。2012年9月,欧洲核子研究中心(CERN)的官方网站已将“希格斯机制”正式更名为“布劳特-昂格勒-希格斯机制”(BEH mechanism)。
2013年5月,《欧洲核子研究中心快报》上发表了一篇题为《希格斯玻色子的诞生》的文章。这篇文章声称:“来自ATLAS和CMS的结果现在得以提供足够的证据,确定了2012年发现的新粒子就是希格斯玻色子。”这无疑在告知诺贝尔委员会——别猜了,这确定、一定而且肯定就是希格斯粒子,给奖吧。布劳特已于2011年去世,因而昂格勒和希格斯便成为诺贝尔奖的热门人选。果然,10月8日,诺贝尔物理学奖授予了两位发现者。“上帝粒子”可谓“不负众望”。
《希格斯——“上帝粒子”的发明与发现》一书正是遵循历史发展的脉络,以简洁生动的语言回顾了基本粒子物理学的百年家史,讲述了寻找“上帝粒子”之旅中交织着成功与失败的传奇故事,展现了科学家们无与伦比的探索精神、人文情怀和鲜明个性。
在这幅波澜壮阔的关于希格斯玻色子的发明与发现的历史画卷中,读者除了一睹希格斯玻色子的前因后果,亦可深切领会科学竞赛中的暗流涌动和重重“杀机”。该书译者为中国科学院高能物理研究所研究员、粒子物理学家邢志忠,他对希格斯粒子的前世今生熟悉有加,2011年曾在科学网上贴出题为《围追堵截希格斯之战已进入生死关头》的博文,此际还为该书撰写了一篇提供不少“秘闻”的“译后记”。如果读者很想对温伯格的失误一探究竟的话,建议大家拜读科学网上邢志忠的博文。
该书由温伯格撰写序言。他写道:“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。吉姆·巴戈特的书将会为读者勾勒出这一历史性的科学探秘之旅中形形色色的风景。”对希格斯玻色子的探寻为科学家打开了一扇大门,这扇门通向的是一个新的未知世界。
《希格斯——“上帝粒子”的发明与发现》,[英]吉姆·巴戈特著,邢志忠译,上海科技教育出版社2013年8月出版
《中国科学报》 (2013-11-01 第15版 书评)