本报记者  高 博

    今年的诺贝尔物理学奖比往年更醒目，不光因为许多人一两年前就猜中了结局，也因为上帝粒子本身无比关键。证实了它，宇宙微观构造图一段众所瞩目的虚线，就可以填实了。

    “这是一份沉甸甸的诺奖。”清华大学教授何红建长期研究质量起源，他评论说，“‘上帝粒子’是描述自然界基本结构的‘标准模型’中最后一个被发现的粒子，也可以说是最重要的一个粒子，它涉及自然界一切基本粒子质量的起源，故名为‘上帝粒子’。”

    质量规范场搞“粒子歧视”

    重如泰山，轻如鸿毛，啥东西都有质量，但学过高中物理的人知道，光子没有质量。它为何特殊？换个问法：别的粒子为什么有质量呢？

    光子被归类为规范玻色子，玻色子就像是飘渺无定的信使，服务于“更有存在感”的费米子（比如质子和中子里的夸克，还有中微子和电子）。光子有两个兄弟叫W玻色子和Z玻色子，元素衰变放出能量就是他俩负责跑腿。

    1960年代的科学家提出的假想认为，几兄弟在宇宙诞生时是一体。换句话说，弱电力还没分化成为电磁力和弱核力，后来才分化的。但科学家就得解释：为啥光子站在体重计上没读数，它的俩兄弟却是大胖蛋，比质子还重了100来倍。

    恩格勒特和希格斯等人提出，有一个弥漫宇宙的场，即使在最平淡的真空里它也存在，W和Z被它影响，而光子则不受影响。这个场被称为“希格斯场”。它还施法于夸克、电子、中微子等几位费米子家族成员，让费米子也具有质量，由此回答了质量起源的疑问。而希格斯粒子，或者说“上帝粒子”，可以认为就是希格斯场“泛起的涟漪”。

    有人把希格斯场比喻成游泳池或蜜罐，进去了就会程度不同地被滞阻；还有人把它比为集会大厅——名人一进去步履维艰，无名小辈则畅通无阻。

    光子不受影响，W和Z却受影响有了质量，这很不公平，很不对等啊，于是这过程叫“弱电相互作用力的对称性自发破缺”。

    弱电对称性自发破缺的研究并非起自希格斯等人。“南部阳一郎于1959年7月就投出一篇文章，研究了超导中的电磁规范不变性和著名的迈斯纳效应。”何红建说，“而希格斯等人的工作显然是基于南部和哥德斯通等人的先前论文，应用到规范对称性自发破缺的。南部因为关于对称性自发破缺机制的开创性工作，于2008年获诺奖。”

    标准模型的最后一块砖

    南部、恩格勒特和希格斯等人的对称性自发破缺思想，最终被理论物理大师温伯格溶入其在1967年构造的电弱“标准模型”中，如今为我们所关注的“上帝粒子”理论才正式成型。温伯格也因其对标准模型的贡献(电弱统一理论)与格拉肖和萨拉姆分享了1979年诺奖。

    “标准模型”是基本粒子领域的中心概念。“它自1950年代发源以来取得了惊人的成功，物理学家为标准模型所做的奠基性工作已先后获得17次诺贝尔物理学奖。”何红建说。算上今年的获奖就有18次了。

    在标准模型里，基本粒子被排成一张4乘4的表，各种夸克、中微子、轻子（比如电子）、光子、胶子、玻色子各就其位，纷繁的粒子世界井井有条。

    4乘4的表不意味着基本粒子只有16种，比如夸克就有36种——要考虑到对应的反粒子，以及不同“色”的情况。这张表一共涵盖了60种基本粒子。而希格斯玻色子是唯一不在表内的粒子，它是其他粒子质量的终极来源。也就是说，标准模型一共有61种粒子。

    温伯格等人编制出“标准模型”表时，W玻色子、Z玻色子、胶子和一些夸克还没被发现，但是其性质已经被标准模型预言了。而1970年代发现的粲夸克和底夸克，1983年发现的W和Z玻色子，以及1995年发现的顶夸克，都符合预言的性质。

    唯一迟迟没有现身的，就是希格斯玻色子。诺奖获得者莱德曼1988年写了本科普书，提出了“上帝粒子”的叫法，但莱德曼后来说，本想叫它“该死的粒子（Goddamn Particle），因为希格斯玻色子实在难以找到。

    最强机器撞出了火花

    “上帝粒子的理论工作最终被载入科学史册，是因为去年7月4号欧洲核子中心大型强子对撞机LHC上由ATLAS和CMS两个实验组共6000多名实验家共同努力发现希格斯粒子的革命性突破。”何红建说，自从1967年关于电弱统一理论的“标准模型”建立到2012年发现希格斯粒子，物理学家们经历了长达45年的漫长等待。

    之所以等了这么久，是因为上帝粒子出现的概率太小了。光子很容易从带电粒子发射出来，而电中性的希格斯玻色子与普通粒子耦合微弱，只有在极高能量下才能以特殊的方式产生出来。

    科学家要用质子对撞机来模拟宇宙大爆炸最初几分钟的高能量尺度状态——两束高速质子迎头相撞，制造出一个白热化状态。而在欧洲日内瓦湖畔之下建造出大型强子对撞机（LHC）之前，世界上的对撞机都无法撞出上帝粒子。要知道，想要让高能粒子沿着圆形轨道行进，就好像让狂奔的犀牛走弯道一样，这不仅需要超导体制造出的强磁场约束，而且轨道弧度还不能太大（LHC的跑道达空前的27公里）。

    按照预计，LHC碰撞出的“宇宙小爆炸”，能够达到弱电力统一阶段的能量尺度，但撞出希格斯粒子依然是一个小概率事件，所以当两个实验组都从海量数据中找到希格斯粒子昙花一现的明确迹象后，被请到现场的希格斯也是难掩老泪。

    如今，上帝粒子的存在已经被诺奖肯定，但人类的疑惑并未完全解开。一方面，上帝粒子的一些关键参数的测量尚有较大误差，还需要进一步检验它是否与标准模型的预言真正吻合；另一方面，根据自然性原理，上帝粒子的质量需要认为的精细调节，理论上远无法让人信服。于是，科学家们提出了各种“超标准模型理论”，包括超对称模型、复合希格斯模型、和新近的标度不变理论等等，并预期在LHC的于2015年开始的第二阶段运行中发现相应的奇特“新粒子”。显然，质量起源之谜的探索还将延续。（科技日报北京10月10日电）