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“上帝粒子”与上帝无关
希格斯玻色子常被媒体称为“上帝粒子”。当欧洲核子研究中心在2012年7月4日宣布发现具有希格斯玻色子若干特征的新粒子后，提出相关理论的英国爱丁堡大学退休教授彼得·希格斯成了关注焦点。在爱丁堡大学于7月6日请希格斯教授出席的新闻发布会上，他在回答相关问题时作了如下的解释。
“‘上帝粒子’这个名字与我没有关系，它来自一个玩笑。”希格斯说，多年前有人在撰写关于希格斯玻色子的文章时，由于觉得这种粒子实在太难找到，便开玩笑地将其称为“上帝诅咒的粒子”。但后来某位编辑觉得这个名字不太好，就将其改成了“上帝粒子”。所以，“上帝粒子”是对一种新的亚原子粒子——希格斯粒子的风趣称呼。
希格斯说，科学家们在进行严肃讨论时都不用“上帝粒子”这个名称，但它的确非常吸引普通公众的眼球。
寻找希格斯粒子非常不容易，需要有巨大的能量，而产生超高能量需要世界上最强大的粒子加速器将粒子加速后对撞。希格斯粒子寿命非常短暂，只有亿亿分之一秒，即使在实验中产生了希格斯粒子，它也会立即衰变成其他粒子。科学家们只能从衰变产生的粒子中寻找希格斯粒子的蛛丝马迹。
欧洲核子研究中心（CERN）北京时间2012年7月4日下午宣布，CERN的Atlas（超环面仪器）实验和CMS（紧凑缪子线圈）实验都观测到新粒子，该粒子与科学界寻求已久的被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子疑似。
“CERN今天公布的只是一个初步结果，目前还不能最终确认观测到的新粒子就是希格斯玻色子。”中科院高能所两位科学家表示，虽然科学家们心中都认为新粒子很可能是“上帝粒子”，但是为了科学的严谨性，至少需要一年以上时间才能确认结果。
基本粒子不基本
自从文明的曙光降临大地，人类便孜孜不倦地探求宇宙内在的规律。 面对千变万化的自然现象，人类自古以来就企图用少数几种“元素”来归纳它们。到了19世纪末期，科学家们认为所有物质都是由不可分割的原子组成的。可是人们发现了“放射性”现象。
“放射性”这个术语是居里夫人提出来的，用来描述铀的辐射能力。
放射性元素能够自发地从不稳定的原子核内部放出粒子或射线（α射线、β射线、γ射线等）。α射线是高速的氦原子核，β射线是高速电子流，γ射线是光子。
在β衰变中，放射性元素的原子核内的一个中子衰变成一个质子、一个电子以及一个反中微子。
如果不假定有反中微子的存在，在β衰变中，能量将不守恒，这在物理学中是不能接受的，所以在1931年，奥地利科学家泡利提出了中微子假设。他假定在放射性元素β衰变中，产物粒子不仅仅是电子，还有一个中性的微小粒子，即中微子，中微子的质量假定是零。
到了上世纪30年代初期，物理学家感到很满意，因为他们找到了构成原子的基本粒子。它们是那样的简单，一共是4种粒子，即质子、中子、电子以及假设中的中微子。当然还有光子，光子是电磁波的基本粒子。
可是，物理学家并不满足，他们着手进一步研究质子和中子的内部结构。在1935年，日本科学家汤川秀树假定原子核内有π介子的存在，这个预言在1947年被实验证实。所谓介子，是指质量在质子和电子之间的粒子。由于宇宙射线的观测以及加速器技术的发展，科学家们发现了许多介子，它们有π±，π0，ρ，k±，k0 等等。这些粒子都是短寿命的，存在时间不超过1微秒。此外，科学家们还发现了质量比质子大的许多重子：Σ±，Σ0，Ξ±，Ξ0，Λ等等。每种粒子都有反粒子，这样一来，基本粒子的总数达数十种。情况似乎回到了门捷列夫发现元素周期律前的状态。
基本粒子的质量用兆电子伏特（MeV）表示， 1000兆电子伏特 = 1京电子伏特（GeV）。电子质量是0.51 MeV；质子质量是938 MeV，接近于1 GeV。
其实，后来发现的所谓“基本粒子”，寿命不超过1纳秒，连一瞬间都说不上，所以称为共振态粒子。上世纪50 年代初，一些大型加速器陆续建成，使人们有可能利用加速器所加速的粒子来轰击原子核。自1951年美国物理学家费米首次发现共振态粒子以来，到1964年人们发现的粒子种类达到了33种。至上世纪80年代，已发现的共振态粒子达300多种。物理学家们头晕了。
标准模型是怎么一回事
除了基本粒子的研究，物理学家把自然界的相互作用力归纳为四种力，它们是万有引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力。当人们的研究逐步进入原子核内部后，理论物理学家们开始尝试着建立一种统一的理论来解释后面这三种力，这就是粒子物理的“标准模型”。
标准模型把基本粒子分类为费米子和玻色子两类粒子——费米子是组成物质的粒子，玻色子则是传递各种作用力的粒子。费米子被物理学家比喻为建造宇宙万物的砖块，玻色子则被比喻为水泥。质子和中子属于费米子，π介子是玻色子。光子能够传递电磁力，被归为玻色子。
“基本粒子”如此之多，难道它们真的都是最基本、不可分的吗？近40年来大量实验事实表明中子和介子等是有内部结构的。于是在1964年，美国物理学家盖尔曼提出了夸克模型，他认为介子由夸克和反夸克所组成，重子由三个夸克组成。他因此获1969年物理奖。
在夸克理论提出后，人们认识到基本粒子本身也有复杂的结构，故现在的“基本粒子”的提法与1964年以前不同。物理学家根据作用力的不同，把费米子分为强子和轻子，加上玻色子，共三大类。
强子就是所有参与强力作用的粒子的总称，它们由夸克组成。已发现的夸克有6种，它们是：顶夸克、上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克和底夸克。其中理论预言的顶夸克，在2007年由美国费米实验室发现。现有粒子的绝大部分属于强子，例如质子、中子、π介子等等。
轻子就是只参与弱力、电磁力和引力作用，而不参与强相互作用的粒子的总称。轻子共有6种，包括电子、电子中微子、μ子；μ中微子、τ子、τ中微子。电子、μ子和τ子是带电的，中微子都不带电；τ子是在1975年发现的，又叫重轻子。 玻色子也属于基本粒子。传递弱核力的有W玻色子及Z玻色子，传递强核力的有8种胶子，它们统称为“规范玻色子”。
由于“基本粒子”不基本，所以物理学家有时把那些后来发现的粒子称为亚原子粒子。
“标准模型”是现代物理学家的“杰作”。我现在把它称为粒子物理学的“三角大楼”，它是支配建造宇宙万物的“司令部”。现在，三个大楼中的有些人员已经到位并开始工作，可是中央控制室的“首长”却迟迟没有出现，作为“三角大楼”设计师的现代物理学家怎么会不着急呢？
在“标准模型”中，理论物理学家们假定传递弱核力的物理场是“规范场”，类似于光子，理论上“弱力规范场”的质量为零。如果这样，怎么说明质子、电子有静止质量呢？也就是说，理论物理学家们看好的“规范场论”一开始就遇到了严重的困难。这时，希格斯等人想出了一个补救的办法，他们在1964年提出，在弱力规范场的数学方程式中人为地加上一个函数项。这个函数项被解释为来源于“真空”，它被称为希格斯机制，后来又被称为“希格斯场”，也称为希格斯玻色子。总之，有了希格斯先生假定的函数项，理论物理学家们可以调节数学方程式中的几个参数，预言了W玻色子及Z玻色子，后来它们在高能加速器实验中被发现。正因为这样，希格斯玻色子被称为物质的质量之源。
令人着急的是，支配建造宇宙万物粒子物理学的“三角大楼”的“司令部”的“首长”——希格斯玻色子却迟迟没有出现。如果找不到这种粒子，“标准模型”的“三角大楼”将成为一项“烂尾工程”。
探索“上帝粒子”的代价和前景
今年7月4日，欧洲核子研究中心（CERN）终于宣布在能量为125GeV附近找到了一种新亚原子粒子，这种粒子有可能就是“上帝粒子”——希格斯玻色子。为了这个结果，欧洲核子研究中心不惜耗费了10年时间，耗资133亿美元，建造了大型强子对撞机（LHC）。
中国科学院高能物理研究所在7月4日下午视频连线直播了公布实验结果的CERN学术讲座。该所参与CERN两个实验的科学家对媒体表示，CERN实验观测到新粒子可能是希格斯粒子的初步结果，具有里程碑式的科学意义。在全球合作的CERN实验中，中国提供经费和参与科研人员所占比例在百分之一左右，但中国的贡献“远远超过百分之一”。
他们表示CERN公布的只是一个初步结果，目前还不能最终确认观测到的新粒子就是希格斯波色子。要确认“上帝粒子”至少还需一年时间。
大型强子对撞机的作用，是让高能质子两两对撞，捕获所产生的“碎片”，科学家需要从这些“碎片”中寻找“上帝粒子”。用碰撞的方法将微观粒子打碎，可以比喻为将两个西瓜用力撞碎，这样我们就能看到里面有些什么。只不过微观粒子内部极为复杂，撞击之后所产生的“碎片”，也是各式各样，再进一步研究碰撞后到底能产生什么新粒子。
这次发现新亚原子粒子的欧洲大型强子对撞机，被深埋在100米的地下，周长有27公里，探测器有三四层楼房那么高，完全可以称得上是个“巨无霸”。只要高能质子相撞时的速度足够大，在这些碎片中就有可能发现一些以前从未出现过的微观粒子。
在前三年上亿次数据采集、分析的基础上，欧洲核子中心的科学家们在2011年逐渐发现了一些新粒子存在的迹象。到2012年数据中新信号的统计显著性比较让人信服，新粒子是确实存在的。2012年6月下旬，欧洲核子中心内部决定在7月4日公布这个重大发现。他们从对撞机上取下最后一批数据，分析出结果，再在3000多人的合作组内通过评审，留给科学家的时间实际上只有两周。欧洲核子中心大型强子对撞机上的CMS和ATLAS实验都报告称发现了新粒子，尽管大型强子对撞机所发现的这个新粒子的一些特性与寻找了几十年的希格斯玻色子接近一致，但所发现的事例数还太少，并不能排除是其他粒子的可能。要最终证实这个新粒子是不是“上帝粒子”，还需要验证它的很多物理性质。这可能要花很长的时间，甚至需要再建造一个正负电子对撞机来对这一粒子的性质做出判断。
大型强子对撞机的实验，无疑是人类在探索微观世界历程中的壮举。“上帝粒子”有待进一步的验证，它不是探索终点。
物理学家们怀着宗教般的虔诚，一直致力于理解物质的本质，企图完成对所有物理现象的统一理论，从而获得整个世界的终极知识。在建立终极理论的过程中，主流物理学家目前最关心的是希格斯粒子的发现，它似乎具有能左右21世纪物理学发展方向的重要因素。为了完成大统一理论，希格斯粒子成为统一“电磁力”与“弱力”的关键。物理学家还在努力寻找这两者加上“强力”三者之间的关系。能统一说明此三者之间关系的理论即是大名鼎鼎的“大统一理论”（GUT， grand unified theory），如果再进一步，应该还有包括“重力”在内的理论。
人们或许要问，如果发现的新粒子最终证明不是希格斯玻色子，怎么办？其实，理论物理学家是如此地有信心，很大程度上是仗着“no lose theorem”（永远不败定理），这个词汇是由几位幽默的物理学家调侃出来的。在他们的“标准模型”中有几个参数可以调节，即使 “标准模型”有问题，还有非标准的模型，比如超弦理论、超对称理论和超引力理论。它们预言了好几个候补的xxx粒子，所以能永远不败。
科学史表明，一个物理理论是否代表真理，需要几十年甚至上百年的实验检验。作为本文的结语，我在这里只能说：“上帝粒子”，Good luck（祝你好运）！
希格斯玻色子常被媒体称为“上帝粒子”。当欧洲核子研究中心在2012年7月4日宣布发现具有希格斯玻色子若干特征的新粒子后，提出相关理论的英国爱丁堡大学退休教授彼得·希格斯成了关注焦点。在爱丁堡大学于7月6日请希格斯教授出席的新闻发布会上，他在回答相关问题时作了如下的解释。
“‘上帝粒子’这个名字与我没有关系，它来自一个玩笑。”希格斯说，多年前有人在撰写关于希格斯玻色子的文章时，由于觉得这种粒子实在太难找到，便开玩笑地将其称为“上帝诅咒的粒子”。但后来某位编辑觉得这个名字不太好，就将其改成了“上帝粒子”。所以，“上帝粒子”是对一种新的亚原子粒子——希格斯粒子的风趣称呼。
希格斯说，科学家们在进行严肃讨论时都不用“上帝粒子”这个名称，但它的确非常吸引普通公众的眼球。
寻找希格斯粒子非常不容易，需要有巨大的能量，而产生超高能量需要世界上最强大的粒子加速器将粒子加速后对撞。希格斯粒子寿命非常短暂，只有亿亿分之一秒，即使在实验中产生了希格斯粒子，它也会立即衰变成其他粒子。科学家们只能从衰变产生的粒子中寻找希格斯粒子的蛛丝马迹。
欧洲核子研究中心（CERN）北京时间2012年7月4日下午宣布，CERN的Atlas（超环面仪器）实验和CMS（紧凑缪子线圈）实验都观测到新粒子，该粒子与科学界寻求已久的被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子疑似。
“CERN今天公布的只是一个初步结果，目前还不能最终确认观测到的新粒子就是希格斯玻色子。”中科院高能所两位科学家表示，虽然科学家们心中都认为新粒子很可能是“上帝粒子”，但是为了科学的严谨性，至少需要一年以上时间才能确认结果。
基本粒子不基本
自从文明的曙光降临大地，人类便孜孜不倦地探求宇宙内在的规律。 面对千变万化的自然现象，人类自古以来就企图用少数几种“元素”来归纳它们。到了19世纪末期，科学家们认为所有物质都是由不可分割的原子组成的。可是人们发现了“放射性”现象。
“放射性”这个术语是居里夫人提出来的，用来描述铀的辐射能力。
放射性元素能够自发地从不稳定的原子核内部放出粒子或射线（α射线、β射线、γ射线等）。α射线是高速的氦原子核，β射线是高速电子流，γ射线是光子。
在β衰变中，放射性元素的原子核内的一个中子衰变成一个质子、一个电子以及一个反中微子。
如果不假定有反中微子的存在，在β衰变中，能量将不守恒，这在物理学中是不能接受的，所以在1931年，奥地利科学家泡利提出了中微子假设。他假定在放射性元素β衰变中，产物粒子不仅仅是电子，还有一个中性的微小粒子，即中微子，中微子的质量假定是零。
到了上世纪30年代初期，物理学家感到很满意，因为他们找到了构成原子的基本粒子。它们是那样的简单，一共是4种粒子，即质子、中子、电子以及假设中的中微子。当然还有光子，光子是电磁波的基本粒子。
可是，物理学家并不满足，他们着手进一步研究质子和中子的内部结构。在1935年，日本科学家汤川秀树假定原子核内有π介子的存在，这个预言在1947年被实验证实。所谓介子，是指质量在质子和电子之间的粒子。由于宇宙射线的观测以及加速器技术的发展，科学家们发现了许多介子，它们有π±，π0，ρ，k±，k0 等等。这些粒子都是短寿命的，存在时间不超过1微秒。此外，科学家们还发现了质量比质子大的许多重子：Σ±，Σ0，Ξ±，Ξ0，Λ等等。每种粒子都有反粒子，这样一来，基本粒子的总数达数十种。情况似乎回到了门捷列夫发现元素周期律前的状态。
基本粒子的质量用兆电子伏特（MeV）表示， 1000兆电子伏特 = 1京电子伏特（GeV）。电子质量是0.51 MeV；质子质量是938 MeV，接近于1 GeV。
其实，后来发现的所谓“基本粒子”，寿命不超过1纳秒，连一瞬间都说不上，所以称为共振态粒子。上世纪50 年代初，一些大型加速器陆续建成，使人们有可能利用加速器所加速的粒子来轰击原子核。自1951年美国物理学家费米首次发现共振态粒子以来，到1964年人们发现的粒子种类达到了33种。至上世纪80年代，已发现的共振态粒子达300多种。物理学家们头晕了。
标准模型是怎么一回事
除了基本粒子的研究，物理学家把自然界的相互作用力归纳为四种力，它们是万有引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力。当人们的研究逐步进入原子核内部后，理论物理学家们开始尝试着建立一种统一的理论来解释后面这三种力，这就是粒子物理的“标准模型”。
标准模型把基本粒子分类为费米子和玻色子两类粒子——费米子是组成物质的粒子，玻色子则是传递各种作用力的粒子。费米子被物理学家比喻为建造宇宙万物的砖块，玻色子则被比喻为水泥。质子和中子属于费米子，π介子是玻色子。光子能够传递电磁力，被归为玻色子。
“基本粒子”如此之多，难道它们真的都是最基本、不可分的吗？近40年来大量实验事实表明中子和介子等是有内部结构的。于是在1964年，美国物理学家盖尔曼提出了夸克模型，他认为介子由夸克和反夸克所组成，重子由三个夸克组成。他因此获1969年物理奖。
在夸克理论提出后，人们认识到基本粒子本身也有复杂的结构，故现在的“基本粒子”的提法与1964年以前不同。物理学家根据作用力的不同，把费米子分为强子和轻子，加上玻色子，共三大类。
强子就是所有参与强力作用的粒子的总称，它们由夸克组成。已发现的夸克有6种，它们是：顶夸克、上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克和底夸克。其中理论预言的顶夸克，在2007年由美国费米实验室发现。现有粒子的绝大部分属于强子，例如质子、中子、π介子等等。
轻子就是只参与弱力、电磁力和引力作用，而不参与强相互作用的粒子的总称。轻子共有6种，包括电子、电子中微子、μ子；μ中微子、τ子、τ中微子。电子、μ子和τ子是带电的，中微子都不带电；τ子是在1975年发现的，又叫重轻子。 玻色子也属于基本粒子。传递弱核力的有W玻色子及Z玻色子，传递强核力的有8种胶子，它们统称为“规范玻色子”。
由于“基本粒子”不基本，所以物理学家有时把那些后来发现的粒子称为亚原子粒子。
“标准模型”是现代物理学家的“杰作”。我现在把它称为粒子物理学的“三角大楼”，它是支配建造宇宙万物的“司令部”。现在，三个大楼中的有些人员已经到位并开始工作，可是中央控制室的“首长”却迟迟没有出现，作为“三角大楼”设计师的现代物理学家怎么会不着急呢？
在“标准模型”中，理论物理学家们假定传递弱核力的物理场是“规范场”，类似于光子，理论上“弱力规范场”的质量为零。如果这样，怎么说明质子、电子有静止质量呢？也就是说，理论物理学家们看好的“规范场论”一开始就遇到了严重的困难。这时，希格斯等人想出了一个补救的办法，他们在1964年提出，在弱力规范场的数学方程式中人为地加上一个函数项。这个函数项被解释为来源于“真空”，它被称为希格斯机制，后来又被称为“希格斯场”，也称为希格斯玻色子。总之，有了希格斯先生假定的函数项，理论物理学家们可以调节数学方程式中的几个参数，预言了W玻色子及Z玻色子，后来它们在高能加速器实验中被发现。正因为这样，希格斯玻色子被称为物质的质量之源。
令人着急的是，支配建造宇宙万物粒子物理学的“三角大楼”的“司令部”的“首长”——希格斯玻色子却迟迟没有出现。如果找不到这种粒子，“标准模型”的“三角大楼”将成为一项“烂尾工程”。
探索“上帝粒子”的代价和前景
今年7月4日，欧洲核子研究中心（CERN）终于宣布在能量为125GeV附近找到了一种新亚原子粒子，这种粒子有可能就是“上帝粒子”——希格斯玻色子。为了这个结果，欧洲核子研究中心不惜耗费了10年时间，耗资133亿美元，建造了大型强子对撞机（LHC）。
中国科学院高能物理研究所在7月4日下午视频连线直播了公布实验结果的CERN学术讲座。该所参与CERN两个实验的科学家对媒体表示，CERN实验观测到新粒子可能是希格斯粒子的初步结果，具有里程碑式的科学意义。在全球合作的CERN实验中，中国提供经费和参与科研人员所占比例在百分之一左右，但中国的贡献“远远超过百分之一”。
他们表示CERN公布的只是一个初步结果，目前还不能最终确认观测到的新粒子就是希格斯波色子。要确认“上帝粒子”至少还需一年时间。
大型强子对撞机的作用，是让高能质子两两对撞，捕获所产生的“碎片”，科学家需要从这些“碎片”中寻找“上帝粒子”。用碰撞的方法将微观粒子打碎，可以比喻为将两个西瓜用力撞碎，这样我们就能看到里面有些什么。只不过微观粒子内部极为复杂，撞击之后所产生的“碎片”，也是各式各样，再进一步研究碰撞后到底能产生什么新粒子。
这次发现新亚原子粒子的欧洲大型强子对撞机，被深埋在100米的地下，周长有27公里，探测器有三四层楼房那么高，完全可以称得上是个“巨无霸”。只要高能质子相撞时的速度足够大，在这些碎片中就有可能发现一些以前从未出现过的微观粒子。
在前三年上亿次数据采集、分析的基础上，欧洲核子中心的科学家们在2011年逐渐发现了一些新粒子存在的迹象。到2012年数据中新信号的统计显著性比较让人信服，新粒子是确实存在的。2012年6月下旬，欧洲核子中心内部决定在7月4日公布这个重大发现。他们从对撞机上取下最后一批数据，分析出结果，再在3000多人的合作组内通过评审，留给科学家的时间实际上只有两周。欧洲核子中心大型强子对撞机上的CMS和ATLAS实验都报告称发现了新粒子，尽管大型强子对撞机所发现的这个新粒子的一些特性与寻找了几十年的希格斯玻色子接近一致，但所发现的事例数还太少，并不能排除是其他粒子的可能。要最终证实这个新粒子是不是“上帝粒子”，还需要验证它的很多物理性质。这可能要花很长的时间，甚至需要再建造一个正负电子对撞机来对这一粒子的性质做出判断。
大型强子对撞机的实验，无疑是人类在探索微观世界历程中的壮举。“上帝粒子”有待进一步的验证，它不是探索终点。
物理学家们怀着宗教般的虔诚，一直致力于理解物质的本质，企图完成对所有物理现象的统一理论，从而获得整个世界的终极知识。在建立终极理论的过程中，主流物理学家目前最关心的是希格斯粒子的发现，它似乎具有能左右21世纪物理学发展方向的重要因素。为了完成大统一理论，希格斯粒子成为统一“电磁力”与“弱力”的关键。物理学家还在努力寻找这两者加上“强力”三者之间的关系。能统一说明此三者之间关系的理论即是大名鼎鼎的“大统一理论”（GUT， grand unified theory），如果再进一步，应该还有包括“重力”在内的理论。
人们或许要问，如果发现的新粒子最终证明不是希格斯玻色子，怎么办？其实，理论物理学家是如此地有信心，很大程度上是仗着“no lose theorem”（永远不败定理），这个词汇是由几位幽默的物理学家调侃出来的。在他们的“标准模型”中有几个参数可以调节，即使 “标准模型”有问题，还有非标准的模型，比如超弦理论、超对称理论和超引力理论。它们预言了好几个候补的xxx粒子，所以能永远不败。
科学史表明，一个物理理论是否代表真理，需要几十年甚至上百年的实验检验。作为本文的结语，我在这里只能说：“上帝粒子”，Good luck（祝你好运）！