寻找上帝粒子

希格斯粒子为什么如此受人关注呢？要理解这一点，我们需要稍微介绍一下被粒子物理学家称为标准模型的东西——为了理解标准模型，我们还需要了解一些关于粒子和力的知识。

你可能记得在中学物理课上老师说过自然界有四种作用力。其中的三种力的强度都差不多：电磁力是作用于带电粒子之间的作用力；强作用力是作用于夸克之间的力；弱作用力是引起辐射现象的力。第四种作用力是引力，比前三种都弱得多，但比如恒星和行星这种大型物体之间的作用力，则全靠引力来实现。当然地球的引力，就是现在把你按在椅子上，不让你被地球的自转甩出宇宙的力。

你也许还记得以前学过关于力的原理的标准解释是粒子会产生场，而场会对其他粒子产生作用力。比如说，电荷可以产生电场，当另外一个带电粒子放入这个电场时，它就会受到力的影响。我一直觉得这个解释不够好：第二个带电粒子是怎么“知道”这里已经有一个电场呢？如果这个问题也曾经让你困惑，那么现在你不用烦躁了。量子物理学有一个更好的解释：每一个场都有一个媒介粒子，又叫玻色子，比如希格斯玻色子那样的。比如说，两个电子之间的电磁场，是通过光量子（也称光子）来进行传递的。

还记得巴利老师说数学家都很懒吗？理论物理学家也都是数学家，他们甚至懒到不愿意分别处理四种不同的力，所以过去五十年以来，物理学的主要目标之一就是想要简化这一局面。他们发自内心地觉得自然界不应该这么复杂，这四种力都应该以某种根本的方式联系在一起。简单地说，我们已经在这条路上走完了四分之三的路程了，我们目前得到的理论叫作标准模型。

物理学在20世纪60年代早期产生了飞跃式发展。由格拉肖（S. Glashow）、温伯格（S. Weinberg）和萨拉姆（A. Salam）组成的三人组，证实了电磁力和弱作用力其实是一种力。他们把这个统一的力叫弱电力，而为了符合数学推演，他们还提出了一些激进的想法想让大家接受：所有基本粒子本身都没有固有质量。没错，没有质量。他们这样解释道，宇宙中有另一种尚未发现的场，它和所有普通场一样，也有媒介粒子。有些基本粒子，比如光子，可以从这个场中未经允许就飞快穿过，所以它们似乎是没有质量的。按照这个理论的说法，其他的粒子，就没有这么幸运了，它们被这个场拖慢了很多，因此会带有一些质量。这种新场引的数学推演是一个叫彼得·希格斯的英国佬发展的，所以用他的名字来命名，称为希格斯场。很自然地，传递这个场的媒介粒子很快就被称为希格斯玻色子。

20世纪70年代初期通过科学家的共同努力，强作用力也跟格拉肖、温伯格和萨拉姆的弱电力整合在一起了，这个结合得到的理论被简单地称为标准模型。这个理论的许多观点都完全超越常理，但它真的可以解决很多问题。事实上，把标准模型称为有史以来最成功的理论也毫不为过。

检验任何科学理论，一种比较好的方法就是，看它可否预测没有人想到的事物，并且得到准确度极高的答案。为了让你知道标准模型有多厉害，你只需要知道它的定论：弱作用力跟电磁力一样，也有媒介粒子。事实上，标准模型提出弱作用力应该有两种媒介粒子——W粒子和Z粒子（W是弱的意思，而Z我就不知道这个名字是从何而来的了），并很精准地预测了它们的质量：W粒子有86个质子质量，Z有98个。这是60年代的事，当时的粒子加速器还只能制造相当于10个质子质量的对撞能量。十几年以后的1981年，在欧洲核子研究理事会（CERN），一部被视为大型强子对撞机（LHC）的前身的“超级质子同步加速器”——顺便说一句，这是一个同步加速器，是一种利用圆形轨道来加速带电粒子的机器，只不过这名字听起来好像很学术化罢了——终于达到了W和Z的能量要求。跟预测提出的一样，W和Z粒子真的存在，而且它们的质量也跟标准模型预测的一模一样。