追寻“上帝粒子”

jghdsx

来源：南方人物周刊
作者： 南方人物周刊记者 李珊珊 发自：都柏林 最后更新：2012-08-28 08:24:45

在发布会上，希格斯老泪纵横


旧王已死，新王永生，希格斯粒子的发现，意味着物理学到了改朝换代的时候了

这可真是个大发现，7月9日的半夜，走出都柏林机场时，听说我是来采访欧洲科学论坛（ESOF）的记者，那位原本萎靡不振的秃头海关大叔忽然变得很是热心，“这次希格斯玻色子靠谱了吧？那可是个大新闻。”在这个人类已经上过太空和月球、火星又还过于遥远的时代，希格斯粒子，算是个让人类精神一振的消息了。

上帝粒子的传说

消息的发布是在7月4日早晨9点，欧洲核子中心宣称：我们（用大型强子对撞机LHC）发现了一个新粒子，它很有可能就是希格斯粒子(物理学家们解释，这是因为希格斯粒子不稳定，只能通过痕迹反推它曾经存在过，关于希格斯的存在证据都会是几率的形式)。

发布会的高潮是ATLAS（LHC上4个大型探测器之一）实验组的发言人法比奥拉·吉亚诺蒂（Fabiola Gianotti）在屏幕上打出一个尖峰，“置信区间为5个标准差”，这意味着粒子不存在的几率只有350万分之一（截至发稿前，根据CERN的最新消息，希格斯粒子的置信区间已达到了5.9个标准差，也就是说，这个粒子不存在的几率从7月4日的350万分之一降到了5.5亿分之一）。吉亚诺蒂低头说：“感谢自然。”台下掌声雷动，坐在台下的爱丁堡大学退休教授彼得·希格斯摘下眼镜，用手绢擦掉泪水。

48年前，6个物理学家寄出3篇文章给《物理评论快报》，这些文章描述了类似的物理机制，6人中，完成最早的是希格斯，于是，希格斯获得了首创权，那个机制被称作“希格斯机制”——这种机制能扫除物理学实现自己野心的重大障碍，其副产物就是希格斯粒子。

物理学的终极追求是希望利用一套自洽的规则来解释所有的自然现象，只有规则，不需要“神器”，也没有“例外”。上世纪50到70年代，大约用了二十几年的时间，物理学家们把电磁力、弱力和强力揉进一个容器中。这个容器就是所谓的“标准模型”。标准模型在解释我们的世界方面获得了很大的成功，然而，它却有最致命的一个缺陷——万有引力并不在这个框架中，而希格斯机制，就是给基本粒子们赋予了质量。

希格斯粒子源于希格斯场，为了能解释清楚这个复杂奇特的东西，英国人甚至展开了一场竞赛，最终，获胜的最佳解释来自英国物理学家大卫·米勒，他用的是两幅漫画：把希格斯场比作一个房间，房间里均匀分散着一大群工作人员，普通人可以不受阻碍地在人群中穿行。但如果有名人到场，就会有粉丝围拢过来，大大增加了名人行进的难度。于是，这位名人就获得了某种“质量”。

发布会之后，7月11日开幕的欧洲科学论坛网站上，作为演讲者之一的欧洲核子中心主任霍耶尔（Rolf-Dieter Heuer）的名字被推到最醒目的位置。霍耶尔之前，一直是新闻不断的明星生物学家克里格·文特尔占据着头条。

沿用利昂·莱德曼在科普书里的叫法，媒体喜欢称希格斯粒子为“上帝粒子”。身为一个无神论者，希格斯本人并不喜欢这个名字，原因很简单，“这会冒犯那些上帝的信徒。”

希格斯粒子的消息传来后，《大西洋月刊》记者还真找到了英国威斯敏斯特大教堂的大主教，但这位大主教婉拒道：“我们不想卷入这件事情。”《新科学家》杂志发起了一轮投票：“既然科学家已经找到了希格斯粒子，我们还该叫它‘上帝粒子’吗？”3天内，投票吸引了众多的推荐和转发。有人认为：希格斯给了这个世界质量，它是夸克之父，它是永远的“上帝粒子”。也有人认为：叫它“上帝粒子”，我们就需要定义“什么是上帝”——那多麻烦！3天后的投票结果显示：79%的人支持仍把希格斯叫作“上帝粒子”。

诺奖难题

在瑞士日内瓦，最高建筑是圣皮埃尔大教堂的钟楼，高度是37.5米，而日内瓦地下最深的建筑，毫无疑问就是郊外距地面深达百米的隧道——大型强子对撞机（LHC）。不过还好，在这个以加尔文的宗教改革和“日内瓦圣经”著称的城市，发现“上帝粒子”不是件特别让人吃惊的事情。

经过了“毁灭地球”的谣言以及数次停机，耗费了25年，这座周长27公里的加速管道终于撞出了结果。发布会上，吉亚诺蒂宣布“5个标准差”的结果后，霍耶尔补充：作为一个物理学家，我只能说发现了一个新粒子，但我更想像一个外行的普通人一样说：我们发现了希格斯粒子。

这个管理着七千多名工作人员的老头儿语言幽默、表情丰富，擅长用新鲜有趣的语言讲粒子物理。在欧洲科学论坛的会场上，开场5分钟之内，他就不动声色地抖出了个新鲜得冒着热气的冷笑话：“宇宙的年龄有137亿年，如果你觉得不好理解，把它们换算成美金。想象一下，这个数字大约有美国财政赤字的1%-2%。那该是多么可观的天文数字呀！”

霍耶尔的幽默与耐心是CERN找到希格斯粒子的原因之一，他们必须擅长沟通，善于向普通人推介那个令无数理论物理学家着迷一生的“上帝粒子”——根据福布斯估算，寻找希格斯粒子的花费大约为132.5亿美元，经费的主要来源是欧洲各国的税收，另外，这个项目还是美国能源部在海外投资最大的科研项目。

与大型对撞机相伴的另一个传奇是吉亚诺蒂。这个意大利女人正执掌着LHC上进行的最大的物理学实验组，超环面仪器，这个名字的缩写是个巨人——ATLAS（希腊神话中的大力神）。ATLAS研究组有三千多人，爱穿红衣的吉亚诺蒂是民主推举出来的“头儿”。她出生于1962年，比希格斯粒子大两岁，曾认真学过钢琴，有米兰音乐学院的钢琴结业证书，却因为“对那些终极性问题的好奇心”而转学物理。发布会后，她向一位记者评价自己的工作：我的同事们来自38个国家，“除了科学，这工作也是一次重要的人生经历”，毕竟，在CERN，你可以很容易地见到一个阿拉伯国家的物理学家和一个以色列物理学家坐在一张桌子上讨论物理问题。

对于这么大的团体来说，新发现带来的另一个问题马上就来了。在都柏林的记者招待会结尾，有记者问：“谁来拿诺奖？”

霍耶尔像孩子一样撇了撇嘴，狡黠地眨了眨右眼，他说，“希格斯，还有……这个交给诺奖委员会来决定吧。”然后他又补充：“科学实验的规模和涉及人数越来越多……我想，他们应该能想出办法。”

探索永不止息

希格斯的发现会带来什么？最普遍的说法是：它将带来新物理。物理学家们说：这个粒子将有助于我们去研究暗物质，另外，它很有可能与超对称有密切关系。暗物质与超对称，实在是听上去过于玄妙的东西。在日内瓦的记者招待会上，霍耶尔说：“首先，这是个对这个世界上所有有意思的粒子性质探索之旅的开始……这就是为什么大家不仅是对这项发现感兴趣，而且对这项发现所带来的前景激动不已。”在ESOF，他给出了更详实的答案：“我们已知的信息不足宇宙的5%，发现希格斯粒子后，我们将走进对宇宙剩下的95%的探索之路。”

希格斯粒子能做什么用？霍耶尔笑了一下，这也是个常见问题，在时间紧迫的会场，他会抱歉地回答：“目前我们还不知道。”在时间比较充足的会场，他则会勉强谈谈诸如发现本身就是乐趣之类的话题。把这个问题提给中国科学院的理论物理学家李淼时，他讲了个故事：“当英国国王问法拉第，你研究出的电磁现象有什么用？法拉第回答：陛下或者陛下的后代可以从中取税。”不过，最终他还是反问：“知识本身不是一件美好的事情吗？”

对科幻迷们来说，希格斯粒子的用途也许更大——有了希格斯粒子，也许《星际迷航》里的超距传输机就能成真了……不过，美国亚利桑那州立大学的一位物理学家及时地泼了冷水：那需要能操纵希格斯场，要实现这一点，还有很长的路。

发现希格斯粒子仅仅是第一步。在霍耶尔的计划中，LHC将运行到今年年底，以确证希格斯的存在，然后会是一段长达两年的休整，之后以更高的能量进行下一次撞击，中间还会有升级和休整，LHC会运行到2030年，到时，一台能量更强的对撞机将接替LHC的位置，继续寻找这个世界的真相……

事实上，早在2010年，在巴黎国际高能物理大会上，高能物理学家就已热烈讨论过LHC可能的接班人，比如：ILC（国际直线对撞机）和CLIC（紧凑型直线对撞机）。会后，加拿大物理学家马丁（Martin Beech）写了本名叫《LHC：探秘宇宙》的书，书里的最后一章引用了一句英国谚语作为标题：“旧王已死，新王永生”——这是LHC的宿命，也是所有科学探索的宿命。

7月4日，希格斯粒子的发布会后，《经济学人》在文章中写道：“希格斯玻色子的发现，是史上最成功的科学理论中的最辉煌的页码之一，但它也意味着那个理论几乎走向毁灭了。从这天开始，过去的理论即将被一个更好的取代……探索永不止息，这一刻值得庆祝。”



http://www.infzm.com/content/80023

实验造价高达90亿美元, 每前进一步都不容易