揭示質量來源之謎

楊先碧

質量來源之謎

物質具有質量似乎是天經地義的事情，但是至于物質為何會具有質量，則是一個十分重大的科學問題。直到20世紀以后，科學家才發現，物質是由原子組成，而原子則是由一些更基本的粒子組成。

在粒子物理學里，人們用標準模型來描述強力、弱力及電磁力這三種基本力以及組成所有物質的基本粒子。標準模型中的粒子分為三大類62種，分別是12種輕子、36種夸克、14種玻色子。

在希格斯玻色子沒有提出之前，物理學的標準模型中只有61種基本粒子?？茖W家不知道這些基本粒子為何會讓物質具有質量，盡管許多基本粒子的質量已經被測量出來了。

1954年，物理學家楊振寧與同事米爾斯一起，提出了“楊-米爾斯理論”。按照這個理論，標準模型中的矢量玻色子是沒有質量的。然而，當時有實驗結果表明，矢量玻色子是有質量的。

這就怪了，明明我們的世界是具有質量的，為什么理論物理學家讓世界失去了質量呢？

誰讓物質有了質量

1964年，恩格勒和布魯特發表論文稱，是一種特殊的場基本粒子產生慣性而擁有質量。他們進一步預言，產生這種場的粒子是一種玻色子。1個月后，希格斯也發表了類似的論文。令人奇怪的是，此后，名聲大噪的是希格斯，而先發論文的兩位科學家卻默默無聞，這是怎么回事呢？

原來，按科學界的規則，新發現的命名如果不是多人聯名，就要按最先發現者的名字給予命名。可是，這個發現是個例外。當時，頗有影響的美國物理學家史蒂文·溫伯格在論文中將兩組科學家發表論文的順序引錯了，所以別人也以為希格斯是最早的提出者。因此，玻色子最終以希格斯的名字命名。

同樣，希格斯玻色子產生的場也被稱命名為希格斯場，它像磁場那樣可以對其他物質產生作用。按照希格斯等人的理論，希格斯玻色子在宇宙中廣泛存在，是所有物質的質量之源，其他粒子游弋在希格斯玻色子的場中，并產生慣性，進而形成質量，構筑成大千世界。

1988年諾貝爾物理學獎獲得者萊德曼曾經以“上帝粒子”來稱呼希格斯玻色子，比喻希格斯玻色子就像上帝一樣，賦予了萬物以質量。如果宇宙中的希格斯玻色子突然消失，整個宇宙將分崩離析，成為難以聚積起來的“一盤散沙”。

對以上的命名和贊譽，希格斯很謙虛，自認不配，也不認可“上帝”之說。

現在，希格斯玻色子已成為整個粒子物理學界研究的中心，萊德曼則更形象地將其稱為“指揮著宇宙交響曲的粒子”。

大獎遲到的原因

在希格斯玻色子相關理論的傳播過程中，比恩格勒更“冤”的是布魯特，他于2011年5月去世。他不僅未能見證希格斯玻色子獲得實驗證實，也未能領取諾貝爾獎，因為諾貝爾獎不授予過世的科學家。這不能不說是一種遺憾。

你可能要問，希格斯玻色子早在1 964年就被提出來了，為什么在將近50年后才獲獎呢？

其實，這也不能怪諾貝爾評獎委員會。因為評獎委員會有一個不成文的慣例，科學獎如果要頒發給理論科學家，就只能頒發給經過實驗驗證的理論。比如，愛因斯坦因相對論而名揚天下，然而他1921年獲獎卻不是因為相對論，而是他發現了光電效應，雖然光電效應明顯不如相對論重要，但是其實驗可以被驗證。又比如，我們熟悉的理論物理學家霍金，他的理論就太超前，也無法被現有的技術手段驗證，所以基本上可以判定，他無緣諾貝爾獎。

不頒獎就是丑聞

我們把話題再拉回到希格斯玻色子。

所謂玻色子，就是一些自旋為0或正整數的粒子，比如光子、中子等。自旋為0就意味著它圍繞粒子中心無論怎么自旋，都可以和原來的粒子重合。也就是說，希格斯玻色子從各個角度看都是一樣的，因此，要探測和捕獲它也就變成了一件十分困難的事情。

然而，科學家沒有放棄捕獲希格斯玻色子的努力，

2012年7月4日，一直利用大型強子對撞機進行實驗的歐洲核子研究中心宣布，他們發現了一種獨特的亞原子粒子，很可能就是希格斯粒子。

對這一試驗結果，希格斯很謹慎，但是其他物理學家非常有信心。

愛打賭的霍金認輸了。此前，他打賭，歐洲核子研究中心找不到希格斯玻色子。但是2012年7月，他通過閱讀相關論文認為希格斯玻色子找到了，于是，他認賭服輸，還預言，希格斯很快就可獲得諾貝爾物理學獎

2013年3月14日，歐洲核子研究中心發布新聞，確認發現希格斯玻色子。

于是，得到實驗證明的希格斯理論成了2013年諾貝爾物理獎的大熱門，甚至有媒體和研究人員放出“狠話”：要是2013年的諾貝爾物理學獎不頒給希格斯，那就將是一大丑聞。

最終的事實也正如大家所愿。