物理学再失伟人！94岁诺奖得主、「上帝粒子」之父希格斯离世

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来源：新智元

作者：新智元

新智元报道

【新智元导读】著名物理学家Peter Higgs于4月8日在英国爱丁堡家中离世，享年94岁。他因提出希格斯玻色子，获得了诺贝尔物理学奖。

发现「上帝粒子」的著名物理学家Peter Higgs周一离世，享年94岁。

1964年，他在新的研究中曾预言一种新粒子的存在——希格斯玻色子（Higgs boson）。

并展示了「上帝粒子」如何通过赋予粒子质量来维系宇宙的整体结构。

这一预言，引发了近半个世纪科学家努力寻找，耗资达数十亿美元。

直到2012年，CERN宣布在大型强子对撞机上发现了这种粒子，验证了Peter Higgs的想法。

正是这一贡献，使其荣获了2013年诺贝尔物理学奖。

据好友、同时也是爱丁堡大学的同事物理学家Alan Walker透露，Peter Higgs因血液疾病而去世。

「上帝粒子」之父

Peter Higgs于1929年5月29日出生在英格兰的纽卡斯尔泰恩河畔，从小在布里斯托尔长大。

父亲是一位BBC声音技术工程师，母亲是一位家庭主妇。

他对物理的热爱始于一所学校——Cotham Grammar School，这里曾是伟大的英国理论物理学家、量子力学先驱之一Paul Dirac的母校。

17岁那年，Higgs转到了伦敦城市学校（City of London School）学习数学。

随后，他考入伦敦国王学院（King’s College London），并在1947年获得物理学学士学位。

此后他持续深造，最终在1954年因关于分子和热量的研究获得了博士学位。

在爱丁堡大学、伦敦帝国学院和伦敦大学学院担任临时研究岗位后，Higgs于1960年在爱丁堡大学找到了一份长期的讲师工作。

Higgs博士在大学年代就对爱丁堡产生了深厚的情感，他喜欢在假期搭便车去苏格兰高地探险。

在那段时间里，他也积极投身于反核武器运动和绿色和平组织的活动。

然而，当这些组织的行为逐渐变得过于激进，不再符合他的理念时，他选择了退出。

不过，正是在反核运动中，他收获了自己的爱情——与Jody Williamson邂逅，并在1963年结婚。

不幸的是，他们在10年后选择了分居，而妻子也在2008年去世，留下来两个儿子——计算机科学家Christopher和音乐家Jonathan。

在爱丁堡，Higgs博士把研究重心从化学和分子转移到了他最初热爱的领域：基本粒子。

爱丁堡不仅是他的工作地，也是物理学巨匠James Clerk Maxwell（1831-1879）的故乡。

Maxwell首次将电和磁统一起来，证明了它们其实是同一种力——电磁力的两种不同表现形式，而电磁力正是构成光的基础。

Higgs的使命，就是将物理学推向下一个层次。

——揭示Maxwell的电磁力与控制放射性的弱力实际上是同一种力量的两个不同面貌。

2012年，Higgs在获得了赫瑞-瓦特大学的荣誉学位，图中他身后是瓦特雕塑

然而，科学的进展往往是曲折的，Higgs当时并没有意识到，自己正处于这样的历程中。

他在2014年于爱丁堡接受采访时回忆道，「当时，我们的目标是解决强相互作用的难题」。

强相互作用是维系原子核内部粒子不散开的力量。

理论上，传递这种力量的粒子——玻色子，应该是无质量的，就像传播光的光子。

但是光可以穿越整个宇宙，而强相互作用却仅在原子核内部有效，这根据量子物理的规则意味着，传递强力的粒子的质量应该接近于一个质子。

那么，强力的传递者是如何获得如此巨大的质量的呢？

对此，在借鉴普林斯顿大学Philip W.Anderson在解释超导性时使用的理念，Higgs博士提出了一个假设：

空间被一种无形的能量场充满，这种场就像是充斥着的宇宙「能量浆」。

这个能量场会作用于试图穿越它的某些粒子，就像是一群随从紧随其后的名人一样，给予了它们质量。

这可以被称为一种遍布每一个角落的神秘力量。

他还注意到，在特定情况下，这个能量场的一小部分可能会分离出来，形成一个全新的粒子。

首次提出

Higgs提交了关于这个主题的首篇论文，却遭到了拒绝。

然而，他并没有放弃，而是对论文进行了重写。

为了让内容更加吸引人，他在论文的结尾特别增加了一个段落，突出了一种新粒子的预测——希格斯玻色子。

论文地址：https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.13.508

希格斯玻色子，亦称「上帝粒子」，成为了所谓标准模型的核心。

该模型总结了人类迄今为止关于基本粒子，及其影响自然和宇宙的力量的全部知识。

不过，布鲁塞尔自由大学的François Englert和Robert Brout已经用一个相似的理念发表了论文，比Higgs早了七周。

不久之后，另外3位物理学家——来自伦敦帝国学院的Tom Kibble，罗切斯特大学的Carl Hagen，以及布朗大学的Gerald Guralnik——也加入了这场讨论。

「他们先发表了，但我是在Nambu告诉我之后才知道的」。

Higgs曾在采访中表示，「那个时代还没有互联网，这意味着如果他早些看到他们的论文，可能就不会撰写自己的论文了」。

他坦言道，「起初，我并不确定这项研究是否真的重要」。

实际上，Higgs最初着手研究的强相互作用理论，后来走向了完全不同的方向。

但他的这篇论文和提出的粒子，对于理解所谓的弱相互作用起到了决定性的作用。

Higgs并不知道的是，美国物理学家Sheldon Glashow在1961年提出了一个理论，试图将弱相互作用和电磁相互作用统一起来。

但这个理论也面临着一个难题：如何解释统一理论中弱相互作用的传递者为什么不是无质量的。

正巧，Higgs博士提出的能量场为这个问题提供了解答。

但遗憾的是，他和Glashow博士并未有机会了解彼此的研究，尽管他们几乎就要相遇了。

跨越半个世纪的粒子理论

希格斯玻色子在1967年成为了一个重要的话题。

当时德克萨斯大学奥斯汀分校的Steven Weinberg将其作为弱电力统一理论的核心。

到了1971年，荷兰理论物理学家Gerardus ’t Hooft证明了整个理论在数学上是成立的，这一理论变得更重要。

Higgs后来回忆说，费米实验室的物理学家本Benjamin Lee，在大约1972年的一个会议上，将其命名为希格斯玻色子。

可能是因为Weinberg博士论文最先引用了Higgs的论文。

Higgs一名不仅仅用于指称这个粒子，还被用来指代产生的能量场，以及这个场如何给其他粒子赋予质量的机制。

——这让Higgs博士有些尴尬，也让其他贡献了理论的科学家们感到不快。

Higgs笑着回忆道，「有段时间，我甚至戏称它为『A.B.E.G.H.H.K.H机制』，列举了所有对这个理论做出贡献的科学家的名字（Anderson，Brout，Englert，Guralnik，Hagen，Higgs，Kibble和 ’t Hooft）」。

人们对玻色子的关注兴趣像潮水一样涨涨落落。

1988年，Higgs接受了第一轮采访，那是因为CERN启动了一个名为LEP的新型加速器，即大型强子电子对撞机，其主要任务之一就是寻找希格斯玻色子。

到了2000年，尽管有科学家声称他们观察到了希格斯玻色子的迹象，但当LEP关闭时，又引起了一番讨论。

自2008年开始，经过一系列精密的实验， Higgs的理论最终在2012年被瑞士欧洲核子研究中心（Cern）的大型强子对撞机（Large Hadron Collider）的物理学家们证实。

次年，诺贝讲组委会向其颁发了奖项。

这项诺贝尔奖Higgs与比利时理论物理学家François Englert共享，因其在1964年的工作也为希格斯玻色子的发现做出了直接贡献。

后来，Higgs曾向BBC透露，如果不是因为自己被提名了诺贝尔奖，可能因为缺乏成果而早已失业。

「我们失去了一位粒子物理学界的巨擘，没有他的理论，原子将不存在，放射性可能会成为与电和磁同等强大的力量」。

如今，物理学永远失去了这位巨人。

参考资料：

https://www.nytimes.com/2024/04/09/science/peter-higgs-dead.html