物理學獎點評：希格斯之后，美歐物理誰爭先？

一個人對宇宙說，

“老天，我可是活生生存在著呢！”

“算是吧，”宇宙回答道，

“但要認為因此我就該圍著你轉你可瘋的不輕。”

編者按：瑞典皇家科學院于2013年10月8日北京時間18：45分，授予弗朗索瓦·恩格勒（Fran?ois Englert）和彼得·希格斯（Peter W. Higgs）諾貝爾物理學獎，獲獎原因是他們預測了希格斯機制。

7月4日，是美國的獨立日。2012年的美國獨立日，卻是歐洲科學界輝煌的一天——瑞士日內瓦郊外的大型強子對撞機（LHC），在這一天宣布發現了希格斯粒子。

不過，對諾貝爾獎獲得者利昂·萊德曼（Leo Lederman）而言，這是美國科學界黯淡的一日。他曾是美國費米國家加速器實驗室的主任，同時也是將希格斯玻色子戲稱為“上帝粒子”（God Particle）的始作俑者。

在與美國年輕的粒子物理學家克里斯托弗·希爾（Christopher Hill）合著的《超越上帝粒子》一書中，萊德曼哀嘆美國政客的短視。他認為，正是美國政府在1993年決定關閉超導超級對撞機，讓美國從基礎物理高能研究的前線鳴金收兵。

不過，雖然美國國會可能確實沒有萊德曼和希爾所說的“領袖范兒”，但將之全部歸究于美國國會也有欠公允。當時，超導超級對撞機計劃在美國得克薩斯州的華茲堡地下挖一條巨大的圓形隧道，而那邊廂的大型強子對撞機則提出要利用已有的地下環形隧道。要將接近光速的粒子束約束在這么小的賽道上，只有超導電磁鐵產生的磁場才能做到，而在LHC提出那會，超導電磁鐵還只存在于科幻小說中。

簡單點說，歐洲科學家展現出的，正是美國科學界在阿波羅登月計劃期間表現出的那種超凡的膽識和敢干的精神。結果，頗為諷刺的是，他們最終向湊錢投入的歐洲各國政府展示的總預算，反倒大大低于美國這邊的天文數字。

盡管萊德曼和希爾對超導對撞機念念不忘，他們似乎也已經接受了這種受經費拮據所迫而展開廣泛國際合作的歐洲模式。對粒子物理學的發展而言，這是更為合理的方向。

不過，即便如此，他們還是想看到美國再次押寶粒子物理學。到2015年，LHC將開始在更高的能量上運行。萊德曼和希爾建議美國開展所謂的“X計劃”與之對壘，爭取在極為罕見的低能過程中，找到對基礎物理學的突破。

這是個大膽的計劃，也因此備受爭議，但《超越上帝粒子》這本書的真正想要講的是，希格斯粒子本身及其存在的首要原因。這是一段真正奇妙的故事，而這本書也講得很好。

籠統地說，質量，跟你想象中不一樣，完全不一樣。按照萊德曼和希爾在書中所言，一個像μ子這樣傳遞弱核力的亞原子粒子，會在左旋和右旋這兩種狀態中跳來跳去（這種跳躍在物理學中被稱作zitterbewegung，即“顫動”）。

但是，如果μ子被加速到光速，按照愛因斯坦的狹義相對論，它的時間就會靜止。光子就是一種完全感覺不到時間流逝的粒子，因此此時的μ子表現的會像一個光子那樣。既然光子沒有靜止質量，那么按照上述類比，光速運動的μ子也就沒有靜止質量，它的質量被“關閉”了。在此過程中發生的唯一的變化就是，μ子在左旋和右旋兩種狀態間的跳躍停止了（因為它的時間靜止了，無法經歷任何變化）。由此可以推測，正是這種在兩個狀態間的振蕩，賦予了μ子質量。

這一切又與希格斯粒子有什么關系呢？在從左旋態到右旋態的跳躍中，μ子必須抹除自己的“弱荷”（weak charge，弱核力所對應的荷），但這跟消滅電荷一樣是不可能的。因此，左旋-右旋變換必須要由另一種粒子來斡旋，它負責將這些弱荷帶走。

這種粒子從未在此前的實驗中現身，所以其壽命一定很短，按照量子理論，這就等價于它的質量很大。它無法攜帶電荷，因此肯定是電中性的，而且它無法攜帶量子“自旋”，自旋肯定為0，因而屬于玻色子。當當當，這就變出了一個希格斯粒子。

根據萊德曼和希爾的說法，合群是玻色子的特征屬性。正如形成電磁場的光子一樣，玻色子都喜歡和同伴待在一起，充斥整個宇宙真空。正是通過和真空中的這些希格斯玻色子持續地相互作用，μ子才被賦予了一個質量。

但相比于很容易從電磁場中產生的光子，希格斯玻色子極難從希格斯場中被拉拽出來。實際上，要想拽出一個希格斯玻色子，所需能量的準確數值高達125 GeV——這也是只有耗資90億美元的LHC才有機會上陣一搏的原因所在。

在講述這些內容時，這本書盡可能不做泛泛之談，以別于雞尾酒會上那些對希格斯粒子如何產生質量的陳詞濫調。光這一點就值回書價了。不過需要提醒你的是，在本書進行到3/4時，萊德曼和希爾帶著一臉壞笑姍姍來遲地承認，希格斯粒子只能解釋很小一部分質量，實在難稱全豹，而其余99%的質量都來自強核力，跟希格斯粒子毫無關系。不過話說回來，這也不能怪他們賣關子。在向媒體夸夸其談希格斯粒子重要性的時候，幾乎所有粒子物理學家都有意無意地忽略了這個事實。

至于上帝粒子之后是什么，這本書給出的答案竟然是：隨你猜。讓人不安的是，到目前為止，希格斯粒子對我們所未知的更深層的物理學還未置一詞，砂鍋仍然可以紋下去：如果希格斯粒子賦予了其他粒子質量，那希格斯粒子的質量又從何而來？

正是為了回答此類問題，萊德曼才倡議建造更高能量的加速器，以可能落戶日本的國際直線加速器為框架，再加上美國的X計劃助陣，后者用以尋找那些低能情況下標準模型無法解釋的奇異粒子事件。

不過，一邊看著粒子物理學家紙上談兵，我一邊不禁懷疑，宇宙是不是正在一旁袖手旁觀，順便調戲一下我們取樂。畢竟，我們知道粒子物理學家的所有努力，都不過是要啃下宇宙中區區4.9%的物質——真正抗餓的那部分，暗物質和暗能量，我們甚至連畫餅的人都沒有。

如果硬要說一點什么的話，上帝粒子的發現向我們展示了，要深入自然的內心，我們還有多遠的路要走。這讓我想起美國詩人斯蒂芬·克蘭（Stephen Crane）的那首《一個人對宇宙說》：

一個人對宇宙說，

“老天，我可是活生生存在著呢！”

“算是吧，”宇宙回答道，

“但要認為因此我就該圍著你轉你可瘋的不輕。”（編譯自：《新科學家》，Is the universe mocking us？來源：果殼網。）