尋找上帝粒子

希格斯粒子為什么如此受人關注呢？要理解這一點，我們需要稍微介紹一下被粒子物理學家稱為標準模型的東西——為了理解標準模型，我們還需要了解一些關于粒子和力的知識。

你可能記得在中學物理課上老師說過自然界有四種作用力。其中的三種力的強度都差不多：電磁力是作用于帶電粒子之間的作用力；強作用力是作用于夸克之間的力；弱作用力是引起輻射現象的力。第四種作用力是引力，比前三種都弱得多，但比如恒星和行星這種大型物體之間的作用力，則全靠引力來實現。當然地球的引力，就是現在把你按在椅子上，不讓你被地球的自轉甩出宇宙的力。

你也許還記得以前學過關于力的原理的標準解釋是粒子會產生場，而場會對其他粒子產生作用力。比如說，電荷可以產生電場，當另外一個帶電粒子放入這個電場時，它就會受到力的影響。我一直覺得這個解釋不夠好：第二個帶電粒子是怎么“知道”這里已經有一個電場呢？如果這個問題也曾經讓你困惑，那么現在你不用煩躁了。量子物理學有一個更好的解釋：每一個場都有一個媒介粒子，又叫玻色子，比如希格斯玻色子那樣的。比如說，兩個電子之間的電磁場，是通過光量子（也稱光子）來進行傳遞的。

還記得巴利老師說數學家都很懶嗎？理論物理學家也都是數學家，他們甚至懶到不愿意分別處理四種不同的力，所以過去五十年以來，物理學的主要目標之一就是想要簡化這一局面。他們發自內心地覺得自然界不應該這么復雜，這四種力都應該以某種根本的方式聯系在一起。簡單地說，我們已經在這條路上走完了四分之三的路程了，我們目前得到的理論叫作標準模型。

物理學在20世紀60年代早期產生了飛躍式發展。由格拉肖（S. Glashow）、溫伯格（S. Weinberg）和薩拉姆（A. Salam）組成的三人組，證實了電磁力和弱作用力其實是一種力。他們把這個統一的力叫弱電力，而為了符合數學推演，他們還提出了一些激進的想法想讓大家接受：所有基本粒子本身都沒有固有質量。沒錯，沒有質量。他們這樣解釋道，宇宙中有另一種尚未發現的場，它和所有普通場一樣，也有媒介粒子。有些基本粒子，比如光子，可以從這個場中未經允許就飛快穿過，所以它們似乎是沒有質量的。按照這個理論的說法，其他的粒子，就沒有這么幸運了，它們被這個場拖慢了很多，因此會帶有一些質量。這種新場引的數學推演是一個叫彼得·希格斯的英國佬發展的，所以用他的名字來命名，稱為希格斯場。很自然地，傳遞這個場的媒介粒子很快就被稱為希格斯玻色子。

20世紀70年代初期通過科學家的共同努力，強作用力也跟格拉肖、溫伯格和薩拉姆的弱電力整合在一起了，這個結合得到的理論被簡單地稱為標準模型。這個理論的許多觀點都完全超越常理，但它真的可以解決很多問題。事實上，把標準模型稱為有史以來最成功的理論也毫不為過。

檢驗任何科學理論，一種比較好的方法就是，看它可否預測沒有人想到的事物，并且得到準確度極高的答案。為了讓你知道標準模型有多厲害，你只需要知道它的定論：弱作用力跟電磁力一樣，也有媒介粒子。事實上，標準模型提出弱作用力應該有兩種媒介粒子——W粒子和Z粒子（W是弱的意思，而Z我就不知道這個名字是從何而來的了），并很精準地預測了它們的質量：W粒子有86個質子質量，Z有98個。這是60年代的事，當時的粒子加速器還只能制造相當于10個質子質量的對撞能量。十幾年以后的1981年，在歐洲核子研究理事會（CERN），一部被視為大型強子對撞機（LHC）的前身的“超級質子同步加速器”——順便說一句，這是一個同步加速器，是一種利用圓形軌道來加速帶電粒子的機器，只不過這名字聽起來好像很學術化罷了——終于達到了W和Z的能量要求。跟預測提出的一樣，W和Z粒子真的存在，而且它們的質量也跟標準模型預測的一模一樣。