“上帝粒子”之父彼得·希格斯

在公布這次發(fā)現(xiàn)之前，83歲的希格斯一個(gè)人住在愛(ài)丁堡的家里。在旁人的印象里，這里住著的不過(guò)是愛(ài)丁堡大學(xué)的一個(gè)退休教授。這個(gè)家定格了20世紀(jì)70年代的生活狀態(tài)。

2012年7月4日，歐洲核子研究中心（CERN）宣布發(fā)現(xiàn)一種新粒子，目前基本上可以確定它就是大名鼎鼎的“上帝粒子”——希格斯玻色子（Higgs boson）。盡管歐洲核子研究中心在公布這一消息時(shí)措辭謹(jǐn)慎，但相關(guān)消息還是在全球引起轟動(dòng)，科學(xué)家們?yōu)橹裣玻姛崃业貐⑴c到相關(guān)討論中。不少科學(xué)家認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)的意義如同人類(lèi)當(dāng)初發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力、進(jìn)化論、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，必將開(kāi)創(chuàng)一個(gè)物理學(xué)的新時(shí)代。在科學(xué)界歡呼發(fā)現(xiàn)“上帝粒子”的時(shí)候，我們不應(yīng)該忘記它的奠基者——彼得?希格斯（Peter Higgs）。

出生于英國(guó)泰恩河畔紐卡斯?fàn)?/p>

希格斯1929年5月29日出生于英國(guó)東北部的泰恩河畔紐卡斯?fàn)枺∟ewcastle upon Tyne）。紐卡斯?fàn)柺怯⒏裉m20世紀(jì)最受歡迎的城市之一，也是泰恩河畔擁有衛(wèi)星城市的集合城市中最大的一個(gè)。受第二次世界大戰(zhàn)影響，希格斯童年教育并不連貫，有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間在家學(xué)習(xí)。即便如此，他仍以?xún)?yōu)異的成績(jī)考入了倫敦大學(xué)國(guó)王學(xué)院，專(zhuān)業(yè)是理論物理，并在那里相繼獲得學(xué)士、碩士和博士學(xué)位。

1960年，希格斯在倫敦大學(xué)國(guó)王學(xué)院獲分子物理學(xué)博士學(xué)位后，北上蘇格蘭進(jìn)入愛(ài)丁堡大學(xué)任教。1980年至1996年任愛(ài)丁堡大學(xué)理論物理學(xué)教授，1997年退休。在學(xué)術(shù)生涯中，希格斯獲得多個(gè)重要榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)和獎(jiǎng)勵(lì)。1983年當(dāng)選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1997年被授予狄拉克獎(jiǎng)?wù)潞酮?jiǎng)金。2004年和羅伯特?布羅特及弗朗索瓦?恩格勒特一起被授予沃爾夫獎(jiǎng)。2010年榮獲櫻井獎(jiǎng)。

溫和謙遜的“老古董”

在公布這次發(fā)現(xiàn)之前，83歲的希格斯一個(gè)人住在愛(ài)丁堡的家里。在旁人的印象里，這里住著的不過(guò)是愛(ài)丁堡大學(xué)的一個(gè)退休教授。這個(gè)家定格了20世紀(jì)70年代的生活狀態(tài)。家里沒(méi)有電視，也沒(méi)有電腦，他甚至不怎么愛(ài)接電話(huà)。房間里古典音樂(lè)專(zhuān)輯和物理學(xué)術(shù)書(shū)籍嚴(yán)格按照字母順序排列，整齊碼放在書(shū)架上。他每周定期與外界交流的方式，是翻看訂閱的幾本物理學(xué)期刊。

正如希格斯的朋友米歇爾費(fèi)舍所說(shuō)，這位理論物理學(xué)家“在浪漫方面缺乏天賦。”年輕的時(shí)候，有人曾試圖幫他撮合一個(gè)姑娘，結(jié)果，他就跟在學(xué)術(shù)上一樣，理論能講一大套，一到實(shí)踐就亂套。在希格斯31歲的時(shí)候，大家都管他叫“老古董”了，“因?yàn)樗傇趫?jiān)持一些看似沒(méi)什么前景的東西。他的靦腆孤僻性格，對(duì)他的事業(yè)也有影響。如果他能夠張揚(yáng)一點(diǎn)，也許早就出名了。”

在科學(xué)界，卓越的發(fā)現(xiàn)者和發(fā)明人都享有命名的榮譽(yù)，但當(dāng)別人提到“希格斯玻色子”時(shí)，希格斯總是很謙虛，因?yàn)樗X(jué)得“不配用自己的名字”命名這種粒子。據(jù)說(shuō)謙遜的希格斯每次聽(tīng)見(jiàn)“希格斯玻色子”時(shí)，就覺(jué)得難為情，且刻意避免提到這個(gè)名詞。當(dāng)然，讓他更加反感的是“上帝粒子”這個(gè)別稱(chēng)，他堅(jiān)稱(chēng)自己是無(wú)神論者。在公開(kāi)場(chǎng)合，希格斯總是這樣稱(chēng)呼希格斯粒子——“那個(gè)里邊含有我名字的粒子”。希格斯多年來(lái)一直婉拒媒體采訪(fǎng)，他堅(jiān)持認(rèn)為，應(yīng)該把焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)那些證明了“上帝粒子”的科學(xué)家們。

劃時(shí)代論文曾被駁回

上個(gè)世紀(jì)60年代，物理學(xué)家創(chuàng)建了“標(biāo)準(zhǔn)模型”理論，成為認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的理論基礎(chǔ)。然而，在標(biāo)準(zhǔn)模型建立之前和建立的過(guò)程中，有一個(gè)問(wèn)題卻一直困擾著科學(xué)家。按照標(biāo)準(zhǔn)模型的基本理論，基本粒子并沒(méi)有質(zhì)量，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻又清楚表明，除了光子以外的基本粒子都是有質(zhì)量的。

1964年7月的一天，希格斯坐在愛(ài)丁堡大學(xué)的圖書(shū)館中閱讀文獻(xiàn)。這時(shí)一個(gè)有關(guān)粒子如何獲得質(zhì)量的理論在他腦海中形成。在接下來(lái)的兩個(gè)星期，希格斯寫(xiě)了兩篇論文，提出一種粒子場(chǎng)的存在，也就是現(xiàn)在被稱(chēng)為希格斯場(chǎng)的東西。論文很短，每篇都只有兩頁(yè)長(zhǎng)。

著名的《物理快報(bào)》接收了第一篇論文，但拒掉了第二篇論文。當(dāng)時(shí)希格斯非常苦惱，他說(shuō)：“我所寫(xiě)的還太少，還不足以讓任何人相信這確實(shí)是非常重要的物理學(xué)。因此希格斯對(duì)第二篇論文進(jìn)行了修改引入一種標(biāo)量粒子（后稱(chēng)為希格斯粒子）。希格斯提出，在宇宙誕生的最初，并沒(méi)有希格斯粒子的存在，其他的各種基本粒子都如光子一般，以光速橫沖直撞。宇宙誕生十幾秒后，希格斯粒子誕生，形成了“希格斯場(chǎng)”。除了光子，其他的基本粒子與希格斯粒子發(fā)生碰撞后，就如同輕巧的棉花吸飽了水分一般，獲得了質(zhì)量，而速度就慢下來(lái)了。慢下來(lái)的基本粒子“夸克”在強(qiáng)相互作用下，抱團(tuán)組成了質(zhì)子、中子等粒子，質(zhì)子和中子又組成了原子核，原子核與電子在電磁力作用下又形成了原子，原子構(gòu)成分子，由此形成了我們所見(jiàn)到的大千世界。

希格斯把改過(guò)的論文投給了《物理快報(bào)》雜志的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手《物理評(píng)論快報(bào)》，結(jié)果論文發(fā)表了。希格斯回憶這件事情的時(shí)候評(píng)論道：“物理期刊的編輯常常非常荒唐，如果你照著前人的路走，就能發(fā)表論文。如果你在別人的方法上有一個(gè)小小的改進(jìn)，你就會(huì)被稱(chēng)贊道有創(chuàng)新思想，就能在好的期刊上發(fā)表論文。然而，一旦你做出了重大的突破創(chuàng)新，那些期刊反而不敢接受了。他們總是過(guò)于害怕犯錯(cuò)。”后來(lái)有人批評(píng)《物理快報(bào)》有眼無(wú)珠，不敢發(fā)表有重大創(chuàng)新的論文。其實(shí)，弄懂希格斯場(chǎng)、希格斯玻色子，是件困難的事。1993年，由于科學(xué)家很難向英國(guó)政府解釋清楚希格斯的理論，時(shí)任英國(guó)科學(xué)部長(zhǎng)的威廉?渥德格雷不得不舉辦全國(guó)競(jìng)賽，尋找對(duì)希格斯場(chǎng)最準(zhǔn)確且通俗的解釋。獲勝者是倫敦大學(xué)的物理學(xué)家大衛(wèi)?米勒，他用一幅漫畫(huà)來(lái)解釋?zhuān)合８袼箞?chǎng)就像是在一個(gè)房間內(nèi)正在舉行聚會(huì)的政治團(tuán)體，里面每個(gè)人都是一個(gè)玻色子，英國(guó)首相撒切爾夫人則是一個(gè)基本粒子。當(dāng)普通人走進(jìn)房間的時(shí)候，不會(huì)引起注意。如果走進(jìn)來(lái)的是撒切爾夫人，情況則會(huì)大為不同。許多人會(huì)走上來(lái)，圍起來(lái)，使得撒切爾夫人放慢腳步，這就像是給了撒切爾夫人一種“質(zhì)量”。希格斯玻色子正是其他“人”。

差點(diǎn)與“上帝粒子”之父無(wú)緣

1988年諾貝爾獎(jiǎng)得主、實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家萊昂?萊德曼在《上帝粒子》一書(shū)中略帶嘲諷地說(shuō)：“理論家面臨的唯一風(fēng)險(xiǎn)是當(dāng)他們?cè)诓檎矣?jì)算錯(cuò)誤時(shí)用鉛筆戳到自己的頭。”不過(guò)在理論家眼中，最大的風(fēng)險(xiǎn)不是自己提出了錯(cuò)誤的假說(shuō)，而是同行先自己一天提出正確的理論。

在美國(guó)物理學(xué)會(huì)的網(wǎng)站上，有一個(gè)慶祝學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》誕生50周年的紀(jì)念頁(yè)面。1964年的欄目下并列出現(xiàn)了3篇論文。它們描述了類(lèi)似的物理機(jī)制，是由6位理論家在先后4個(gè)月的時(shí)間里分別寄出的。希格斯的寄出時(shí)間排在第二，但他的完成時(shí)間較早，因此獲得了首創(chuàng)權(quán)。2010年，這6位發(fā)現(xiàn)者共同獲得了美國(guó)物理學(xué)會(huì)頒發(fā)的“J.J.櫻井理論粒子物理學(xué)獎(jiǎng)”，他們之中還有弗朗索瓦?恩格勒特、羅伯特?布羅特、杰拉爾德?古拉爾尼克、理查德?哈根和湯姆?基布爾。

相似的理論之所以會(huì)在同一時(shí)期出現(xiàn)，是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的條件已經(jīng)成熟，就差臨門(mén)一腳。到20世紀(jì)中葉，科學(xué)家將當(dāng)時(shí)已知的現(xiàn)實(shí)世界也還原成了幾十種基本粒子，以及粒子之間4種基本的相互作用：引力、電磁力、弱力和強(qiáng)力。

論文發(fā)表數(shù)年以后，希格斯在一次學(xué)術(shù)會(huì)議上見(jiàn)到了其他幾位發(fā)現(xiàn)者。他表示當(dāng)時(shí)心里略有不安，因?yàn)橛X(jué)得他們受到了不公正的對(duì)待。歷史雖然無(wú)情，但希格斯稱(chēng)與其他發(fā)現(xiàn)者現(xiàn)在的關(guān)系很好。只可惜，布羅特已于2011年去世。

（作者系淮南聯(lián)合大學(xué)副教授）