2012年7月4日,全球粒子物理科学家齐聚澳大利亚墨尔本,第二天准备召开的国际高能物理大会。

瑞士日内瓦的欧洲核子中心(CERN)神秘兮兮地宣布,明日会议将公布某项重大研究结果。

第二天会场上,物理学家屏住呼吸,听完一场长达两个多小时的报告,得出一个结果:“我们发现了一种新的玻色子,很可能是希格斯玻色子,但我们必须确认它是哪一种希格斯玻色子。”

宇宙大爆炸为什么会产生粒子(耗资90亿美元寻找上帝粒子)(1)

顿时,如雷的掌声爆发,世界沸腾了!

这句话意味着,在经历四十多年的寻找后,世界上最难找的粒子将凸显原形。希格斯玻色子,俗称“上帝粒子”,这个陌生的粒子将是我们理解宇宙起源最重要的一个密码,因为它赋予其他物质以质量。

会后,物理学家言:“这个发现就像哥伦布发现新大陆。”

宇宙大爆炸为什么会产生粒子(耗资90亿美元寻找上帝粒子)(2)

标准模型的故事

希格斯玻色子是何方神圣?它为何能左右我们对宇宙的认知呢?

这个故事,要从40多年前的标准模型建立开始说起。

20世纪60年代,爱丁堡大学物理学家彼得·希格斯创建“标准模型”理论,同时代的其他3位物理学家完善了这个理论。此后,标准模型成为认识物质世界的理论基础,其意义就像进化论之于生物学界。

根据标准模型,宇宙诞生时出现了62种粒子和四种力,但是这些粒子大部分转瞬即逝,只有质子、中子和电子才构成了今天的物质。其余61个粒子在半个世纪中被人们陆续发现,它们都证实了标准模型。

宇宙大爆炸为什么会产生粒子(耗资90亿美元寻找上帝粒子)(3)

物理学家在验证和纠正标准模型的过程,产生了一个又一个的诺贝尔奖,很多粒子科学家都为此去了斯德哥尔摩。据统计,历届诺奖物理学奖至少有四分之一是和标准模型及夸克理论相关。

我们所熟知的华人物理学家丁肇中,便凭此获得诺贝尔物理学奖。

但这个“美妙”的理论只剩最后一块拼图,这块拼图就是希格斯玻色子。由于这块拼图苦寻不至,人们把它称为“上帝诅咒的粒子”,久而久之就简化成“上帝粒子”。

宇宙大爆炸为什么会产生粒子(耗资90亿美元寻找上帝粒子)(4)

为了说明“上帝粒子”的重要性,物理学家希格斯创建了一个特别的概念“希格斯场”。希格斯认为,在宇宙大爆炸过程中,形成一种无形却到处存在的场,上帝粒子就存在于这个场内。当有些粒子与上帝粒子遭遇时,它们会降低速度,获得质量,而另一些粒子则会不受阻碍地继续前进。

如果这个假设为真,那标准模型就可以得到彻底的验证,而如果不存在上帝粒子的话,这个“完美”的标准模型显然出了问题,理论学家需要重新书写整个理论。

耗资90亿美元

宇宙大爆炸为什么会产生粒子(耗资90亿美元寻找上帝粒子)(5)

验证希格斯玻色子存在的历程颇为艰辛。自然界的“上帝粒子”是在宇宙诞生之初存在的,并不存在于今天的世界,如果要寻找它,则必须人工还原宇宙大爆炸时的场景。

这就是欧洲核子中心打造的世界最大实验项目——大型强子对撞机(LHC)的目的:人工模拟大爆炸,人为地创造“上帝粒子”。

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这让物理学家希格斯承受了巨大的压力。因为整个实验造价高达90亿美元,来自全球各国近1万名科学家,长达几十年的工作都是为了证实或者证伪他所提出的理论。

虽然在60年代,年轻的希格斯教授曾因“标准模型”获得国际声誉,但在过去的十年,他似乎将过去的岁月沉寂在隐士的生活中,人们对这个造价昂贵的对撞机到底能否找到“上帝粒子”的怀疑让他变得焦虑起来。

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在此过程中,不断有理论出现,试图挑战标准模型的权威。有些理论学家甚至断言“上帝粒子”可能并不存在。

2010年,欧洲核子中心主席豪威尔在接受采访时说:无论是否找到希格斯玻色子,结果都是同样令人惊喜,如果找不到的话,则意味着物理学界会有新的可能性。

事实上,对于欧洲核子中心寻找物理界圣杯的行为来说,结果的可能性不光只有“找到”和“找不到”两种可能:希格斯玻色子是一种名叫玻色子的粒子,如果符合标准模型要求的话,则是希格斯玻色子,但如果不符合的话,也有可能是其它形式的玻色子。

宇宙大爆炸为什么会产生粒子(耗资90亿美元寻找上帝粒子)(8)

现在欧洲核子中心的官方说法是,找到了一种符合希格斯玻色子条件的新粒子。但其意思是,科学家们找到了一种新的粒子,它产生的范围符合理论学家针对希格斯玻色子出现的计算范畴。而主席豪威尔则对外说:“对于外行来说,我们是找到了;对于内行来说,还需要进一步确认。”

科学并不相信眼泪,但这一次物理学家老希格斯的眼泪,令全世界动容。这位83岁的老人说:“很高兴我能活着看到这一天的到来”。

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