女士們，先生們，老少爺們兒們！在下張大少。
10年前的2012年7月，世界沸騰了。物理學(xué)家們解開了一個(gè)困擾他們40年的謎團(tuán)。當(dāng)每個(gè)人都熱情地握手時(shí)，一個(gè)老頭老淚縱橫，此人就是彼得·希格斯(Peter Higgs)。這個(gè)消息證明，他對(duì)新的基本粒子的預(yù)測(cè)是正確的，這種粒子就是傳說中的上帝粒子——希格斯玻色子。
想讀明白這本書，得先了解一下基本粒子的知識(shí)。
簡(jiǎn)單來說，基本粒子分兩大類，費(fèi)米子和玻色子。
費(fèi)米子是構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子，比如我們熟悉的質(zhì)子、中子、夸克等等，都是費(fèi)米子。
但是只有費(fèi)米子是不能構(gòu)成物質(zhì)的，必須有東西把費(fèi)米子裝配起來才能構(gòu)成物質(zhì)。我們還需要費(fèi)米子之間能夠相互作用，而傳遞這個(gè)相互作用的粒子的統(tǒng)稱就叫做玻色子。玻色子在粒子間傳來傳去，負(fù)責(zé)產(chǎn)生相互作用力。自然界存在四大作用力，分別是引力、強(qiáng)相互作用、弱相互作用、電磁相互作用。這四大作用力就是玻色子的功效。
下圖就是費(fèi)米子和玻色子之間的關(guān)系，矩形框內(nèi)的就是費(fèi)米子，橢圓內(nèi)的就是玻色子?？梢钥吹?，希格斯玻色子是決定粒子質(zhì)量的一種玻色子。
所有的粒子都可以歸類為“費(fèi)米子”和“玻色子”。費(fèi)米子是領(lǐng)地中的隱士：沒有兩個(gè)費(fèi)米子可以同時(shí)處于相同的量子態(tài)。這個(gè)規(guī)則被稱為泡利不相容原理（Pauli exclusion principle），它解釋了電子填充原子周圍的軌道的有序方式：一次一個(gè)，輪流排隊(duì)，就像人們禮貌地在劇院的一排座位上依次就座一樣。費(fèi)米子趨向于彼此互相避讓，服從化學(xué)定律，尤其是元素周期表的結(jié)構(gòu)、原子間化學(xué)鍵的規(guī)則以及磁體的特性。
玻色子的特性與費(fèi)米子相反。它們是群居的，多個(gè)玻色子可以同時(shí)處于相同的量子態(tài)，沒有數(shù)目的限制。事實(shí)上，玻色子更喜歡成群結(jié)隊(duì)：某個(gè)狀態(tài)下的玻色子數(shù)量越多，對(duì)其他玻色子就越有吸引力。一個(gè)包含了99個(gè)玻色子的量子態(tài)的吸引力比一個(gè)空的量子態(tài)高100倍。從這個(gè)意義上講，玻色子是根深蒂固的工匠和墨守成規(guī)者，它們喜歡合唱。
彼得·希格斯提出了一種新的基本力場(chǎng)的假設(shè)，這種相互作用將在弱場(chǎng)粒子中注入質(zhì)量。無處不在的力場(chǎng)被稱為希格斯場(chǎng)，與之相關(guān)的粒子被稱為希格斯玻色子。希格斯認(rèn)為，W和Z粒子會(huì)干擾希格斯場(chǎng)并產(chǎn)生質(zhì)量，而光子則會(huì)無差別地迅速掠過，而不會(huì)產(chǎn)生任何質(zhì)量。
也就是說，如果沒有希格斯場(chǎng)，就沒有質(zhì)量，沒有質(zhì)量，質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)、停止、聚集和形成就會(huì)失控。沒有它，我們就不會(huì)存在。
然而，他的理論只是推測(cè)，始終無法證實(shí)。希格斯玻色子是出了名的難以捉摸，探測(cè)希格斯場(chǎng)需要的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了現(xiàn)今主流的加速器所能提供的能量。此外，更大的能源帶來更大的風(fēng)險(xiǎn)和成本。
20年過去了，物理學(xué)家們?nèi)匀灰粺o所知。1993年，美國物理學(xué)家利昂·萊德曼(Leon Lederman)和迪克·特萊西(Dick Teresi)撰寫了《上帝粒子》。最初的書名是“該死的粒子( goddamn particle)”。這反映了物理學(xué)家們?cè)诮?0年的時(shí)間里無法找到它而極度沮喪。然而，出版商不同意，于是改為“上帝粒子”。
后來，物理學(xué)家通過研究高速粒子碰撞中分散的碎片，發(fā)現(xiàn)了新的更小的基本粒子。這類似于研究一臺(tái)電視機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，方法是研究從房頂扔下來的碎片。2012年，人類有史以來建造的最強(qiáng)大的粒子加速器——大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)以接近光速的速度對(duì)撞質(zhì)子，最終在它們的內(nèi)臟中發(fā)現(xiàn)了長期尋找的希格斯玻色子。
不管是不是上帝粒子，這一發(fā)現(xiàn)都是開創(chuàng)性的，也許是我們短暫歷史上最重大的發(fā)現(xiàn)之一。我們的祖先用棍棒出發(fā)，跟隨潮濕的礫石，追蹤小溪，攀登懸崖，探尋河流。現(xiàn)在，我們制造了高級(jí)的工具，正如阿瑟·克拉克所說，這些工具“與魔法無異”。不久，我們將沿著小溪來到河邊，將木棍固定在河邊，開始史詩般的朝圣之旅。
青山不改，綠水長流，在下告退。
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