揭示质量来源之谜

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  质量来源之谜
  物质具有质量似乎是天经地义的事情,但是至于物质为何会具有质量,则是一个十分重大的科学问题。直到20世纪以后,科学家才发现,物质是由原子组成,而原子则是由一些更基本的粒子组成。
  在粒子物理学里,人们用标准模型来描述强力、弱力及电磁力这三种基本力以及组成所有物质的基本粒子。标准模型中的粒子分为三大类62种,分别是12种轻子、36种夸克、14种玻色子。
  在希格斯玻色子没有提出之前,物理学的标准模型中只有61种基本粒子。科学家不知道这些基本粒子为何会让物质具有质量,尽管许多基本粒子的质量已经被测量出来了。
  1954年,物理学家杨振宁与同事米尔斯一起,提出了“杨-米尔斯理论”。按照这个理论,标准模型中的矢量玻色子是没有质量的。然而,当时有实验结果表明,矢量玻色子是有质量的。
  这就怪了,明明我们的世界是具有质量的,为什么理论物理学家让世界失去了质量呢?
  谁让物质有了质量
  1964年,恩格勒和布鲁特发表论文称,是一种特殊的场基本粒子产生惯性而拥有质量。他们进一步预言,产生这种场的粒子是一种玻色子。1个月后,希格斯也发表了类似的论文。令人奇怪的是,此后,名声大噪的是希格斯,而先发论文的两位科学家却默默无闻,这是怎么回事呢?
  原来,按科学界的规则,新发现的命名如果不是多人联名,就要按最先发现者的名字给予命名。可是,这个发现是个例外。当时,颇有影响的美国物理学家史蒂文·温伯格在论文中将两组科学家发表论文的顺序引错了,所以别人也以为希格斯是最早的提出者。因此,玻色子最终以希格斯的名字命名。
  同样,希格斯玻色子产生的场也被称命名为希格斯场,它像磁场那样可以对其他物质产生作用。按照希格斯等人的理论,希格斯玻色子在宇宙中广泛存在,是所有物质的质量之源,其他粒子游弋在希格斯玻色子的场中,并产生惯性,进而形成质量,构筑成大千世界。
  1988年诺贝尔物理学奖获得者莱德曼曾经以“上帝粒子”来称呼希格斯玻色子,比喻希格斯玻色子就像上帝一样,赋予了万物以质量。如果宇宙中的希格斯玻色子突然消失,整个宇宙将分崩离析,成为难以聚积起来的“一盘散沙”。
  对以上的命名和赞誉,希格斯很谦虚,自认不配,也不认可“上帝”之说。
  现在,希格斯玻色子已成为整个粒子物理学界研究的中心,莱德曼则更形象地将其称为“指挥着宇宙交响曲的粒子”。
  大奖迟到的原因
  在希格斯玻色子相关理论的传播过程中,比恩格勒更“冤”的是布鲁特,他于2011年5月去世。他不仅未能见证希格斯玻色子获得实验证实,也未能领取诺贝尔奖,因为诺贝尔奖不授予过世的科学家。这不能不说是一种遗憾。
  你可能要问,希格斯玻色子早在1 964年就被提出来了,为什么在将近50年后才获奖呢?
  其实,这也不能怪诺贝尔评奖委员会。因为评奖委员会有一个不成文的惯例,科学奖如果要颁发给理论科学家,就只能颁发给经过实验验证的理论。比如,爱因斯坦因相对论而名扬天下,然而他1921年获奖却不是因为相对论,而是他发现了光电效应,虽然光电效应明显不如相对论重要,但是其实验可以被验证。又比如,我们熟悉的理论物理学家霍金,他的理论就太超前,也无法被现有的技术手段验证,所以基本上可以判定,他无缘诺贝尔奖。
  不颁奖就是丑闻
  我们把话题再拉回到希格斯玻色子。
  所谓玻色子,就是一些自旋为0或正整数的粒子,比如光子、中子等。自旋为0就意味着它围绕粒子中心无论怎么自旋,都可以和原来的粒子重合。也就是说,希格斯玻色子从各个角度看都是一样的,因此,要探测和捕获它也就变成了一件十分困难的事情。
  然而,科学家没有放弃捕获希格斯玻色子的努力,
  2012年7月4日,一直利用大型强子对撞机进行实验的欧洲核子研究中心宣布,他们发现了一种独特的亚原子粒子,很可能就是希格斯粒子。
  对这一试验结果,希格斯很谨慎,但是其他物理学家非常有信心。
  爱打赌的霍金认输了。此前,他打赌,欧洲核子研究中心找不到希格斯玻色子。但是2012年7月,他通过阅读相关论文认为希格斯玻色子找到了,于是,他认赌服输,还预言,希格斯很快就可获得诺贝尔物理学奖
  2013年3月14日,欧洲核子研究中心发布新闻,确认发现希格斯玻色子。
  于是,得到实验证明的希格斯理论成了2013年诺贝尔物理奖的大热门,甚至有媒体和研究人员放出“狠话”:要是2013年的诺贝尔物理学奖不颁给希格斯,那就将是一大丑闻。
  最终的事实也正如大家所愿。
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