“上帝粒子”背后故事：实验造价高达90亿美元，什么是上帝粒子？

2012年，7月4日，全球大部分的粒子科学家则聚集在澳大利亚墨尔本，准备第二天召开的国际高能物理大会。

　　此时，瑞士日内瓦的欧洲核子中心(CERN)异乎寻常地宣布，将公布某项研究结果。

　　世界屏住呼吸，听完了全长两个多小时的报告，得到这样一个结果：“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。”如雷的掌声爆发了，世界沸腾了！

　　这句话意味着，在经历了四十多年的寻找后，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”，这个陌生的词，却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。有物理学家说，“这次发现就像哥伦布发现了新大陆。”

　　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？这个故事，要从40多年前的标准模型建立开始说起。

　　上个世纪60年代，物理学家彼得·希格斯创建了“标准模型”理论，而另外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，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一一发现，它们都证实了标准模型。物理学家验证和纠正标准模型的过程，是产生诺贝尔奖的富矿，很多人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的。著名华人物理学家丁肇中，便凭此获得了诺贝尔物理学奖。

　　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，就简化成了“上帝粒子”。

　　为了说明“上帝粒子”的重要性，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

　　不过，这条验证之路走得颇为艰辛。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中，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”。

　　但是无论对于理论物理学家还是实验物理学家来说，压力都是存在的。

　　压力最大的就是希格斯本人，整个实验的造价高达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。

　　爱丁堡大学教授希格斯似乎将过去的岁月沉寂在隐士的生活中，虽然60年代时，年轻的他曾因“标准模型”获得国际声誉，但是，在过去的十年，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。

　　在这个过程中，一些新的理论也逐渐出现，试图挑战标准模型的权威。有的理论学家甚至认为，“上帝粒子”可能实际上并不存在。

　　欧洲核子中心主席豪威尔2010年在接受本报记者采访时说，无论是找到还是找不到希格斯玻色子，结果都是同样令人惊喜的，如果找不到的话，则意味着物理学界新的可能性。

　　事实上，对于LHC这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。

　　现在，CERN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。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。”

　　费米实验室主任皮尔·奥登则是这么表达他的看法的：“如果它看着像是只鸭子，走路也像只鸭子，那它就是一只鸭子。”

　　科学界或许并不相信眼泪，但这一次，老希格斯的眼泪，令全世界为之动容。这位83岁的老人说，“很高兴我能活着看到这一天的到来”。