上帝粒子(他因“上帝粒子”获诺奖，却火速搬到乡下：它毁了我的生活)

金磊 Alex 发自 凹非寺

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他在得知自己获诺贝尔奖的那天，并没有兴奋，没有雀跃。

而是选择火速逃离自己所住的城市，搬到人烟稀少的乡下去。

然后他说：“这样就没人能打扰到我了。”

干出这事的，正是英国物理学家彼得·希格斯 （Peter Higgs）。

很多人对他的印象还是停留在“他赌赢了霍金”、“等待48年的玻色子终于被证实”、“光速般获得诺贝尔奖”。

甚至是颠覆了整个物理世界的认知。

但鲜为人知的是，希格斯还是一个极度社恐的人。

十年前的7月4日，欧洲核子研究中心（CERN）宣布“上帝粒子”（希格斯玻色子）正式被发现。

而这也让希格斯“被迫”站到了众目睽睽的聚光灯之下。

当他面对蜂拥而至的记者和接连不断的提问，希格斯显得格外腼腆和局促：

记者：是否觉得提出的理论像一个科幻小说？

希格斯：你要觉得是，就继续这么觉得吧。

记者：这项发现的意义是什么？是否能推动世界的发展？

希格斯：我不知道。

而更为戏剧的是，当希格斯回到爱丁堡后，记者让他在发布会上从幕布中露一下头，然后就出现了这一幕……

记者这么做的本意是想表达“希格斯（玻色子）露头了”，但从现在看来，也是极其符合希格斯社恐的性格。

“上帝粒子”让希格斯名声大噪，但他本人却觉得很糟糕。

在接受相识40年的老朋友、粒子物理学家Francis Edwin Close采访时表示：

玻色子的发现毁了我的生活。

希格斯认为，自己的工作风格是独立的，偶尔有个好点子的那种。

在Close看来，希格斯简直和被他发现的粒子一样难以捉摸.

所以他为描写希格斯及其理论的新书命名为：《难以捉摸：彼得·希格斯如何解开质量之谜》（Elusive: How Peter Higgs Solved the Mystery of Mass）。

……

或许，社恐、难以捉摸、独行，才是聚光灯之下最为真实的那个希格斯。

1925年5月29日，希格斯在英格兰泰恩河畔纽卡斯尔出生。

他17岁进入伦敦市立中学就读，专研数学；后来在伦敦国王学院获得物理学位，并成为爱丁堡大学的研究员。

（其后他也曾在其它大学任职，于1960年又返回爱丁堡大学担任讲师。）

希格斯在爱丁堡大学期间，便对“质量”产生了浓厚的兴趣。

在经过深入研究之后，希格斯提出了这样一个观点：

在宇宙大爆炸刚发生的时候，粒子是没有质量的。但在不到一秒的时间后，它们却得到了质量。这是它们在一种场中相互作用的结果。

而这个“场”，便是后来著名的希格斯场 （Higgs Field），希格斯由此进而还预言了希格斯玻色子的存在。

但即便在现在看来具备如此“划时代”意义的研究，也经历了“被拒稿”的悲剧。

1964年，希格斯基于此前的研究写了两篇论文，篇幅均只有2页，并发给了《物理快报》（Physics Letters）。

不过杂志只接收了一篇，第二篇论文在评审阶段，被著名物理学家南部阳一郎以“需解释这一理论的物理学意义”为由拒稿。

而后希格斯添加了这部分内容后，转手却将被拒的论文投到了“对手”杂志——《物理评论快报》（Physical Review Letters）。

结果，中了！

这也就成为了希格斯有关玻色子设想的第一次公开发表。

而当时被拒稿的事情，希格斯可以说是耿耿于怀了，在那之后很多次的演讲中，他都说：

好吧，我觉得当时他们根本就没看懂。

事实上，“看不懂”这事还持续了好一段时间。

以至于英国科学部部长不得以举办竞赛，来找到能用最通俗的“人话”去解释理论的方法。

不过即使如此，希格斯玻色子仍旧没有引发很多人的关注。

1993年，诺贝尔奖（1988年度）得主利昂·莱德曼出手了。

他专门写了一本书来解释这个理论，名字都想好了，叫做《上帝诅咒的粒子》。

不过杂志社编辑为了让这本书更有噱头，将名字改成了《上帝粒子》 （The God’s Particle）。

果不其然，连书带名字，“上帝粒子”这个概念很快被传播开来。

但这却让希格斯本人烦恼不已——因为希格斯是一个无神论者。

而且本身谦虚低调的他，此前不太接受拿自己的名字去命名相关理论和粒子。

用希格斯本人的话说就是：“我不配”。

他曾多次表示，这个机制应该叫“ABEGHH’tH机制”，因为他认为有八位研究员对这个理论做出了贡献。

但“上帝粒子”令其更无法接受，于是权衡之下他只好面对用自己的名字去命名这件事了。

不过后来，当有人在其本人面前提及“希格斯玻色子”时，他还是会不禁打个冷颤。

而“上帝粒子”给希格斯带来的烦恼，还不止命名这一个——

2012年，欧洲核子研究中心（CERN）在瑞士日内瓦召开发布会宣布：发现与希格斯玻色子特性一致的新粒子。

消息一出，宛如一枚重磅炸弹投掷在了科学界。

向来低调、内向的希格斯，在发布会现场只是坐在角落里，拿出白手绢轻轻擦拭夺眶而出的泪水：

这证实了我48年前的猜想，我没想到有生之年能够看到这一切。

事后，与希格斯对赌的霍金公开将100美元的赌注寄到了他手上，诺贝尔奖也紧随而至。

但也正是这些纷沓至来的荣耀，把本来深居简出的希格斯一下子拉到聚光灯下，给他带来了不小的烦恼。

所以，就发生了前文提到的那些事。

在得知自己获得诺奖的当天，希格斯赶忙离开了位于爱丁堡市区的家，搬到了一个乡村庄园。

这样就没人会打扰到我了。

毕竟在希格斯玻色子被正式发现之前，83岁（2012年）的老爷子还在爱丁堡独居着。

家里没有电视、电脑，他甚至很少打电话；他与外界交流的主要方式，也仅仅是翻看几本物理学杂志。

甚至在旁人的印象中，他是看到陌生人都会害羞的那一类。

这也就不难理解，为什么“上帝粒子”会给希格斯带来烦恼了。

以至于老爷子在接受采访时留下那句：

粒子的发现毁了我的生活。

在生活中，希格斯习惯于当一个独行者。

他的大部分童年时光都是在家中母亲教导下度过的；其父是个BBC的无线电工程师，基本与他们分开生活。

而他前半生的主题基本可以概括为：追求不时髦的东西。

他甚至在仅20多岁时，就被打上了“老顽固”的标签。

因为他选择了一个被同时代人几乎抛弃的物理学分支，别人都认为没有前途。

而至于怎么和女孩子们打交道，年轻的希格斯几乎“一窍不通”。

他在伦敦国王学院认识的一生挚友，英国物理学家Michael Fisher后来回忆道：

每当他们在欧洲各地开车环游度假时，他都会给希格斯介绍女朋友，可惜希格斯从未成功过……

△ Michael Fisher

当时，希格斯与浪漫绝缘的形象深入人心。

以致于他后来向理想主义的美国语言学家Jody Williamson求婚时，惊呆了众人。

当Michael Fisher在国王学院得到了他理想工作时，希格斯去了爱丁堡大学。

在爱丁堡大学员工俱乐部的一次会议上，希格斯结识了Jody Williamson。

他们于1962年至1963年之间结婚。

1965年的一天，正在工作的希格斯被叫到电话旁：他的妻子生下了他们的第一个孩子。

巧合的是，希格斯那天正在撰写的论文，是关于宇宙诞生的一个关键时刻。

科研方面，自1964年希格斯写下关于希格斯玻色子的第一篇论文后，他已被泼了多次冷水。

不过他最终收到了哈佛大学的演讲邀请，这一次，作为听众的其他物理学家们终于没有再打击他的观点。

当他于1966年回到爱丁堡时，已有了一定的国际声誉。

而另一边，他的婚姻家庭却开始出现问题了。

他的妻子于1969年生下了他们的第二个儿子，几年后还是提出了离婚。

离婚，不仅没有让希格斯更努力地工作，反而让他失去了支撑自己研究的精神支柱。

后来，希格斯决定放弃追逐荣誉，更多地投身于教学。

他的前妻Jody留在了爱丁堡。他们俩仍然是朋友，并共同履行着父母、以及后来祖父母的职责。

虽然“上帝粒子”的发现给希格斯的生活带来了不便，但与此同时，这也足以证明希格斯玻色子被发现有多么重要。

再来说说希格斯玻色子。

2013年，诺奖官方对希格斯给出的颁奖理由是：

他首先在理论上发现了希格斯玻色子的机制，而最近有实验证实了这种粒子的存在。

所以，希格斯玻色子为何如此重要，科学家为什么能凭它问鼎诺贝尔物理奖？

要回答这个问题，不妨先来了解一下量子世界和粒子之间是如何相互作用的。

在希格斯首次提出希格斯玻色子的1964年，当时物理学家们都致力于用一种叫作量子场论 （Quantum Field Theory, QFT）的理论框架来描述弱力。

彼时，量子场论已形成了量子电磁学的基础，是一个对电磁相互作用非常成功的描述。

然而，由于一个基本问题，将量子场论应用于弱相互作用是不可能的：该理论不允许粒子有质量。

具体来说，就是W和Z玻色子的弱力载体必须是无质量的，否则就会打破量子场论的一个基本对称性，导致该理论失效。

这就造成了一个Bug——因为弱力载体必须有质量，才能与弱相互作用的极短范围一致。

而希格斯机制找到了解决这个问题的办法。

希格斯机制，可以简单描述为：

当宇宙诞生时，希格斯场充满了不稳定但处于对称状态的粒子。

在大爆炸后不到一秒，该场出现了一种稳定的配置，但它打破了最初的对称性。

在这种配置中，理论方程仍然是对称的，但希格斯场的破缺对称性产生了W和Z玻色子的质量。

此外，后来的研究发现，其他基本粒子也能通过与希格斯场的相互作用获得质量。

希格斯玻色子，就是希格斯场的一种基本粒子，它不带电荷、色荷，极不稳定，生成后会立刻衰变。

该粒子被证实，对于揭开物质质量起源之谜有极为重大的意义。

自2013年希格斯本人因希格斯玻色子获诺奖以来，该领域研究一直在蓬勃发展。

在希格斯玻色子被发现10周年之际，Nature杂志分享了从那时至今，科学家们已了解到的，和还想继续探索的东西。

而欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）即将进入第三个运行阶段；此外，科学家们已开始着手准备，计划从2030年开始进行LHC的第四次运行，探索更多未解之谜。

在这里，让我们和Nature一起，祝希格斯玻色子10岁生日快乐！

最后，分享一句泰晤士报对希格斯玻色子的评价：

这种粒子以希格斯命名是恰当的。它是难以捉摸的、是渺小的，但它有能力改变世界。

参考资料：

[1]https://www.nature.com/articles/d41586-022-01859-w
[2]https://www.scientificamerican.com/article/how-the-higgs-boson-ruined-peter-higgss-life/
[3]https://www.scientificamerican.com/article/10-years-after-the-higgs-physicists-are-optimistic-for-more-discoveries/
[4]https://physics.aps.org/articles/v15/100
[5]https://www.npr.org/2022/07/05/1109742531/cern-large-hadron-collider
[6]https://www.telegraphindia.com/india/he-who-chose-his-particle-over-his-wife-the-burden-higgs-had-to-bear-to-explain-the-weight-of-the-universe/cid/400030

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