本刊记者 吴昊

沉寂了16年，又经过一段沸沸扬扬和争争吵吵之后，这次，“上帝粒子”可能真的现身了。

2012年7月4日，欧洲核子研究中心宣布，他们发现了一种新的粒子。而这种粒子，很可能就是希格斯玻色子——科学家苦苦追寻多年的“上帝粒子”。

两个截然不同的项目组，分别观测到和希格斯玻色子极其相似的粒子，虽然还需要更加确凿的证据，但会场上还是传来了经久不息的掌声。

欧洲核子中心主任罗尔夫·赫尔为我们打了个比方：你远远地看见一个人影，很像你的老朋友（希格斯玻色子），但有些模糊；等那个人再走近一点，看清他确切模样后，才能确定他到底是你的老朋友还是他的双胞胎兄弟（类希格斯玻色子）。

无论是谁，“他”都会为整个大千世界带来足够重大的影响和无尽的遐想……

兴奋世界

当CMS（使用液体探测器的紧凑缪子线圈装置）项目发言人乔·因坎德拉和ATLAS（使用晶体探测器的超面环仪器）装置项目主管费碧欧拉，报告发现新粒子的置信区间分别是5个和4.6个标准方差（概率极高）时，彼得·希格斯教授兴奋得像个孩子。

自1964年提出“粒子物理标准模型”假设理论，这位83岁的英国老人，希格斯玻色子理论的创始人之一。已经整整等了48年。

包括彼得·希格斯在内的科学家为了回答质量的起源和物质世界基本组成的问题，引入了一个物理机制——希格斯机制。这一机制预言了一种新的粒子，即希格斯玻色子的存在。

而这个希格斯玻色子，是物质世界基本组元模型理论的“最后一块基石”。在此之前，经典模型理论中的61个其他粒子均被发现。只有这个神秘的“关键先生”，不为人所知。

难怪应邀出席会议的希格斯兴奋之情溢于言表，“很高兴我能活着看到这一天的到来”。

为什么宇宙中的有些物质有质量，比如构成质子的夸克；而有些物质仅拥有能量，比如构成光的光子。作为解释物质质量之谜最重要的粒子，希格斯玻色子如果真的存在，将有助于我们获得这个答案。

粒子物理学家们描述了这样一幅场景： 无尽的从前，各类粒子都没有质量，可以以光速穿梭于宇宙中，自由自在，无所羁绊，而137亿年前的宇宙大爆炸改变了这一切。在大爆炸发生后的十多秒后，产生了由希格斯玻色子组成的希格斯场。希格斯场使各种粒子（除光子外）得到质量，或轻（轻子）或重（夸克）。这些获得质量的基本粒子构成了物质，恒星和行星都得以诞生，最终孕育生命。

正是因为有了质量，那颗著名的苹果才会因为万有引力，义无反顾地砸在了牛顿的头上。

可以这么说，希格斯玻色子的假设将有助于解释近十年来科学家们构建的“规则体系”，解释恒星、行星甚至人类存在等物质的本原，因此被认为是现代物理学最重大的发现之一。

或许，一旦希格斯玻色子被证明不存在，粒子物理的“标准模型”理论将“瞬间垮塌”。澳大利亚阿德莱德大学物理学家安东尼·托马斯就很纠结，“在过去40多年里，人们一直在寻找希格斯玻色子。如果不是它，全世界所有理论学家都得绝望地退回到原点”。

然而，存在和不存在之间，发现“上帝粒子”的难度之大让分歧披上了一层不易企及的神秘。

几年前，理论物理学家霍金就大胆断言，人类在很长一段时间内不可能发现希格斯玻色子。为此，他甚至“豪赌”100美元。

不过霍金还没有输，虽然“上帝粒子”触手可及。

在新闻发布会上，乔和费碧欧拉反复向媒体表示，今天的结果只能证明他们发现了符合标准模型的新玻色子，这种玻色子究竟是什么，还无法确认。

欧洲核子中心坦诚，他们仅仅关注了该粒子的质量本身，并不能排除发现的是和希格斯玻色子具有相同质量的其他粒子。他们还需要确认新发现的粒子自旋是否为0，以及正确的耦合比等等。

毋庸置疑的是，不管“看”到的是不是“上帝粒子”，它都将是理论物理学界重要的里程碑。

质量的奥妙

英语“原子（Atom）”一词的原意，就是再不可分。

这种对物质基本构成和组元的基本关系的认识，在不同的个体集合中，解释也有所不同。

无论“金木水火土”、“两仪四象八卦”，还是“原子、质子、电子、夸克”理论，都是一套诠释物质世界的概念集合。在现代科学技术诞生之后，科学家们通过大量的实践探索和理论构建，逐步建立起被大部分人认同的模型。伴随着有时无法解释客观现象，理论模型和体系也在不断修正，来更好地解释现象。

19世纪初，道尔顿引入了原子和原子量，揭示出了一切化学现象的本质都是原子运动，提出了较系统的化学原子学说；19世纪末20世纪初，电子和质子、中子等原子结构被发现，此后不久，量子力学出现；1930年，泡利预言了中微子，并于1934年建立了中子β衰变……

一次次进步和修正让科学家相信，任何理论和模型要解释基本物质世界，都要兼顾相互作用“力”以及构成“力”的规律，从而解释基本粒子如何互相“吸引”又“排斥”，最终“搭建”成我们所观察到的这个真实世界。

上世纪70年代，粒子物理学家构建了一个被称为“标准模型”的理论。这个模型可以把除引力之外的其他三种力用同一理论来统一描述。它把当时已知的所有亚原子粒子都纳入近乎完美的体系之中，并据此预言了不少未知的粒子。

科学家认为，构成宇宙万物的基本“材料”包括夸克（如质子、中子、介子等）家族和轻子（电子、μ子、τ子、中微子等），统称为费米子。费米子自旋为半整数，受“泡利不相容原理”约束，相互“排斥”，让自然物质世界不会“挤在一起垮塌”。

另外，还有一类粒子，叫做玻色子。它们的自旋是整数的，不受“泡利不相容原理”约束，能发生“玻色-爱因斯坦凝聚”。玻色子能够传递各种相互作用“力”，使基本粒子相互“吸引”，令物质世界不至于“散架”。

在玻色子中，希格斯玻色子无疑最重要且最神秘。它是产生质量的奥秘之源。电子、夸克等其他粒子都是在希格斯玻色子构成的场中，受其作用而产生惯性，最终有了质量。毫无疑问，它是“标准模型”中最璀璨的明珠，地位高高在上；然而，如果它无法被证实，那么也可轻而易举地将“标准模型”付之一炬……

寻它千百度

正因为希格斯玻色子在现代理论物理中举足轻重的地位，科学家已经锲而不舍地苦苦追寻了它近半个世纪。

然而，进展并不顺利。

包括希格斯玻色子在内的很多粒子极易衰变且存在时间极短，根本无法被观测到，物理学界只好利用最后观测到的光子等其他粒子来反推。而且希格斯玻色子质量很轻，令搜寻工作变得更加复杂。小质量的希格斯玻色子衰变后很少成为Z玻色子，而是变成更常见的衰变物，更容易混进背景。从统计学上说，发现希格斯玻色子存在证据的几率只有一百万分之一。

此外，由于激发出希格斯玻色子需要的能量极其巨大，对实验装置的要求非常苛刻，也令寻找工作难度倍增。

大型强子对撞机的问世极大增加了粒子物理学家的信心。为了发现希格斯玻色子，从1991年开始，包括中国在内的世界多国共同资助欧洲核子研究中心，在瑞士和法国边境地区开始构筑实验装置。

历时20年、耗资54.6亿美元后，一个位于地下100米深、呈环形隧道的大型强子对撞机最终于2008年正式建成投入使用。这个对撞机借助史无前例的对撞能量，使亚原子粒子束被加速到接近光速而发生对撞，在撞击产生的微小空间中，温度在一瞬间会达到太阳温度的10万倍。

2008年9月10日，对撞机初次启动进行测试。在首次测试中，研究人员将一个质子束以顺时针方向注入加速器中，让其加速到99.9998%光速的超快速度，从而使此质子束在全长27公里的环形隧道中以每秒11245圈的速度狂飙。

当时间来到2011年7月22日，欧洲核子物理研究中心（CERN）宣称，LHC可能捕捉到了希格斯玻色子存在的线索；两天后，美国费米实验室也得到了类似的数据；而到了8月底，欧核中心又突然改口，称一些迹象表明“上帝粒子”可能根本不存在，通过LHC的实验数据找到该粒子的踪迹“意义不大”。

一个月内，两种结果，让人瞠目。4个月后，2011年12月13日，欧洲核子中心再次声称他们又发现了希格斯玻色子存在的迹象。

2012年初，《新科学家》杂志将“找到希格斯玻色子”作为今年最令人期待的科学事件之一。2012年3月7日，美国费米实验室对外发表声明，实验数据分析已取得进展，距找到希格斯玻色子可能已“路途不远”。

2012年7月4日，“上帝粒子”千呼万唤始出来。这一次，它是否还会和人类擦肩而过呢？让我们拭目以待。■