遲來的諾貝爾獎：深度解讀“希格斯粒子”

2013年諾貝爾物理學(xué)獎授予彼得·W·希格斯（Peter W. Higgs） 和弗朗索瓦·恩格勒（Fran·ois Englert），以表彰他們對希格斯玻色子（又稱“上帝粒子”）所做的預(yù)測。那么，到底什么是希格斯玻色子呢？

希格斯粒子是一種亞原子粒子，也就是說，理論上認(rèn)為它應(yīng)當(dāng)是構(gòu)成宇宙的最基本組成部件之一。但是它仍然有待實(shí)驗觀測證實(shí)?？茖W(xué)家們提出的物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言了這種粒子的存在，其作用是解釋為何其它粒子會擁有質(zhì)量。根據(jù)這一理論，在宇宙大爆炸之后，一種看不見的力，即希格斯場和與之相對應(yīng)的粒子 ——希格斯-玻色子一同形成。正是這個場賦予其它基本粒子以質(zhì)量的屬性。

為何這一粒子如此重要？

希格斯場賦予整個宇宙中其它粒子以質(zhì)量的方式可以用游泳者在水池中受到的水的阻力來做比喻。如果粒子沒有質(zhì)量，它們便可以在宇宙中以光速前進(jìn)，因為質(zhì)量的本質(zhì)便是對物體改變其速度的制約性。

這種粒子最早是什么時候被提出來的？

有關(guān)這一粒子的理論最早是在1964年由6位物理學(xué)家共同提出來的，其中就包括英國愛丁堡的皮特?希格斯（Peter Higgs）教授。他們當(dāng)時提出這一粒子的目的就是為了解釋質(zhì)量的起源。

理論上，這一粒子的存在將正好補(bǔ)全描述整個宇宙如何運(yùn)行的物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的缺陷，因此它便顯得尤其重要。

如何對其進(jìn)行搜尋？

歐洲核子中心的大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）是人類有史以來建造的最強(qiáng)大的粒子加速器，它的工作原理是將兩束質(zhì)子流以接近光速的速度迎頭相撞，在此過程中得到其它粒子。

在1989年至2000年之間，科學(xué)家們也曾使用同樣位于歐洲核子中心的另一臺加速器LEP進(jìn)行搜尋工作，而由于經(jīng)費(fèi)不足被關(guān)停之前，美國的Tevatron加速器也進(jìn)行過對這一神秘粒子的搜尋工作。

科學(xué)家們?nèi)绾文苤雷约壕烤故欠癜l(fā)現(xiàn)了這樣的粒子呢？

如果在LHC加速器中進(jìn)行的數(shù)以十億計的對撞實(shí)驗中真的產(chǎn)生了希格斯-玻色子，根據(jù)預(yù)測，它應(yīng)當(dāng)是不穩(wěn)定的，會迅速衰變?yōu)楦臃€(wěn)定，質(zhì)量更小的粒子。物理學(xué)家們需要對這些衰變產(chǎn)物進(jìn)行分析，并且通過分析來推斷這種被稱為“上帝粒子”的神秘粒子是否存在。在分析過程中，希格斯粒子是否存在會從數(shù)據(jù)圖形的峰值中體現(xiàn)出來。

六點(diǎn)重大影響：

1. 揭開質(zhì)量起源之謎

物體的質(zhì)量是怎么來的？這個問題一直困擾物理學(xué)界，而希格斯玻色子恰恰被認(rèn)為與宇宙中一切物體的質(zhì)量起源有關(guān)。希格斯玻色子與一種場有關(guān)，那就 是所謂的希格斯場，理論上認(rèn)為這種場充斥著整個宇宙。當(dāng)宇宙中的其它粒子在這一場中運(yùn)行時便獲得了質(zhì)量的屬性。這就有點(diǎn)像是大家都在一個游泳池里游泳，然 后身上都會被打濕，在這里，被水打濕就像是物體獲得質(zhì)量一樣。

美國哈佛大學(xué)物理學(xué)家杰奧?哥斯達(dá)（Joao Guimaraes da Costa）表示：“希格斯粒子的機(jī)制讓我們能夠理解粒子獲得質(zhì)量的途徑和方式?！?哥斯達(dá)是去年歐洲核子中心宣布疑似希格斯粒子發(fā)現(xiàn)時，大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）所屬ATLAS探測器設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)模型召集人。他說：“如果沒有這種機(jī)制，那 么所有的一切物體都將失去質(zhì)量?！?/p>

確認(rèn)此次發(fā)現(xiàn)的粒子確實(shí)是希格斯粒子將證明我們設(shè)想的粒子獲得質(zhì)量屬性的方式是正確的。美國加州理工學(xué)院物理學(xué)教授瑪利亞?斯皮羅普魯 （Maria Spiropulu）表示：“這項發(fā)現(xiàn)從量子層面支持了我們對于質(zhì)量來源的看法，而這正是我們當(dāng)初建造大型強(qiáng)子對撞機(jī)的目的。這是一項無與倫比的成就。”

而后，這將進(jìn)一步為一個更深層次的問題提供解決的線索，那就是：為什么這些粒子擁有這一質(zhì)量數(shù)值？這個值是如何確定的？對此，哈佛大學(xué)物理學(xué)家 麗薩?蘭德爾（Lisa Randall）表示：“這是一個大得多的問題。確認(rèn)這的確是希格斯粒子只是整個過程的第一步，此后我們才能更往前走，這兩者之間是相互聯(lián)系的。”

2. 完善標(biāo)準(zhǔn)模型

標(biāo)準(zhǔn)模型是當(dāng)代粒子物理學(xué)的基石，它描述了整個宇宙中所有的粒子。所有被標(biāo)準(zhǔn)模型所預(yù)言的粒子此前都已經(jīng)被找到了，除了希格斯粒子。就在去年宣 布初步結(jié)果時，歐洲核子中心ATLAS實(shí)驗設(shè)備科學(xué)家喬納斯?斯蘭德伯格（Jonas Strandberg）就曾表示：“這是標(biāo)準(zhǔn)模型中缺失的一環(huán)，因此如果這一發(fā)現(xiàn)得到最終確認(rèn)，那么它將最終證明我們目前的認(rèn)識是正確的。”

到目前為止，科學(xué)家們所發(fā)現(xiàn)的這一疑似希格斯粒子似乎和標(biāo)準(zhǔn)模型中預(yù)言的性質(zhì)相吻合。但即便如此，標(biāo)準(zhǔn)模型本身也并不完整：例如它沒有包括引力，也沒有將被認(rèn)為占據(jù)整個宇宙物質(zhì)總量約98%的暗物質(zhì)成分考慮進(jìn)去。

美國費(fèi)米國家實(shí)驗室CMS中心的物理學(xué)家帕提?麥克布雷德（Patty McBride）在上周四表示：“即便有證據(jù)清晰地證明目前我們新發(fā)現(xiàn)的這一粒子確確實(shí)實(shí)就是標(biāo)準(zhǔn)模型所預(yù)言的希格斯玻色子，即便如此我們對宇宙的認(rèn)識仍 然模糊不清?！彼f：“我們?nèi)匀徊荒芾斫鉃楹我θ绱宋⑷?，我們還要面對巨大的暗物質(zhì)的存在。不過，對于這一已經(jīng)有48年歷史的經(jīng)典理論來說，邁出了完善 的第一步仍然不失為一件令人高興的事?！?/p>

3. 電弱相互作用

確認(rèn)希格斯粒子還將對電弱相互作用的構(gòu)建產(chǎn)生重要影響。這種作用是對電磁作用與弱相互作用的統(tǒng)一描述，這兩者都是自然界的基本力類型之一。電磁作用描述帶電粒子之間的相互作用，而弱相互作用則描述放射性衰變過程。

自然界中所有力的作用都和某種粒子有關(guān)。比如與電磁力有關(guān)的粒子是光子，這是一種質(zhì)量為零的特殊粒子。而弱相互作用力則和名為W和Z的玻色子有關(guān)，這兩種粒子都擁有很高的質(zhì)量值。而所有這些粒子的質(zhì)量來源，便被認(rèn)為是希格斯玻色子的作用造成的。

歐洲核子中心的斯蘭德伯格表示：“如果引入希格斯場的概念，那么W和Z玻色子就會和這個場混雜在一起，在這一過程中它們便獲得了質(zhì)量?！彼f：“這解釋了為何W和Z玻色子會有質(zhì)量，并將電磁作用和弱相互作用兩種基本力統(tǒng)一了起來，構(gòu)成電弱相互作用?！?/p>

4. 超對稱理論

超對稱理論也將受到希格斯粒子發(fā)現(xiàn)的影響。這一理論認(rèn)為任何一種已知的粒子都有一個“超級伙伴”粒子，這種伙伴粒子擁有輕微差異的性質(zhì)。超對稱 理論擁有很大的吸引力，因為它可以統(tǒng)一自然界中的其它基本作用力，甚至有希望揭開暗物質(zhì)構(gòu)成之謎。然而到目前為止這一理論的前景黯淡，科學(xué)家們只找到了和 標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的希格斯粒子性質(zhì)極其相似的粒子，但是卻沒有能發(fā)現(xiàn)任何和超對稱粒子有關(guān)的線索。

5. 大型強(qiáng)子對撞機(jī)

大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）是世界上最大的粒子加速器。這一耗資約100億美元的設(shè)備率屬于歐洲核子研究中心（CERN），其目的是創(chuàng)建地球上能 級最強(qiáng)大的粒子加速器設(shè)施。而其中找出希格斯玻色子則被列為了該設(shè)備的最優(yōu)先目標(biāo)之一。此次最新宣布的結(jié)果為LHC此前的結(jié)果提供了強(qiáng)有力的證明，也是對 此前一直在這里為達(dá)成這一目標(biāo)而忘我工作的物理學(xué)家們所取得豐碩成果的最好證明。

斯皮羅普魯在去年的一份聲明中表示：“這項發(fā)現(xiàn)從量子層面支持了我們對于質(zhì)量來源的看法，而這正是我們當(dāng)初建造大型強(qiáng)子對撞機(jī)的目的。這是一項 無與倫比的成就。”他說：“科學(xué)家們已經(jīng)等待了整整一代人的時間，為的就是這一刻。來自全世界各地大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的粒子物理學(xué)家，工程師和技術(shù)人員們已經(jīng) 為了達(dá)成今天的這一成就奉獻(xiàn)了數(shù)十年的辛勤工作?，F(xiàn)在是時候讓我們暫時停下腳步，回過頭去審視這項發(fā)現(xiàn)的意義了，然后再繼續(xù)進(jìn)行海量的數(shù)據(jù)收集和分析工 作?！?/p>

希格斯玻色子最早是在1964年由英國物理學(xué)家皮特?希格斯和同事們提出的。而這個名字的后半部分則是為了紀(jì)念杰出的已故印度物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家 玻色，他與愛因斯坦一同給出了玻色子的定義。玻色子是一類基本粒子，主要包括膠子和引力子等。其負(fù)責(zé)傳遞費(fèi)米子之間的相互作用，如夸克，電子和中微子等 等。費(fèi)米子是宇宙中的另外一種基本粒子類型。

6. 宇宙的命運(yùn)

希格斯玻色子的確認(rèn)將為科學(xué)家們開啟一扇大門，讓他們得以進(jìn)行此前無法進(jìn)行的一些計算。其中一些計算的結(jié)果有關(guān)宇宙的命運(yùn)。有一種觀點(diǎn)認(rèn)為宇宙將在未來數(shù)十億年內(nèi)毀滅。

在進(jìn)行這樣的計算時，希格斯玻色子本身的質(zhì)量是一個非常關(guān)鍵的參數(shù)，它預(yù)示了時空的未來命運(yùn)。目前的測量值顯示，希格斯玻色子的質(zhì)量約為質(zhì)子的126倍，這一質(zhì)量值幾乎已經(jīng)處在了一個臨界點(diǎn)上，它將有可能讓宇宙在未來數(shù)十億年內(nèi)走向毀滅。

約瑟夫?林肯（Joseph Lykken）是美國費(fèi)米國家實(shí)驗室的物理學(xué)家，他表示：“計算的結(jié)果告訴我們，在數(shù)十億年之后宇宙將可能面臨災(zāi)難?！彼f：“這或許意味著我們所生活于其中的這個宇宙本身存在著內(nèi)在的不穩(wěn)定性，在數(shù)十億年之后這一切都將歸于瓦解。”

基本粒子質(zhì)量之源

若沒有希格斯粒子，其他基本粒子就會仍以光速運(yùn)行，宇宙將仍然是一鍋沸騰的基本粒子湯，不能組成物質(zhì)，生命無從談起。


希格斯粒子究竟是什么？為什么找到它如此重要？

早在2000多年前，人類便開始追問，我們所生活的世界是怎樣形成的？從德謨克利特的“原子說”到如今被科學(xué)家普遍接受的標(biāo)準(zhǔn)模型理論，從樸素的形而上學(xué)概念到標(biāo)準(zhǔn)模型所預(yù)言的粒子陸續(xù)被證實(shí)，人類似乎越來越接近這一問題的答案。

在標(biāo)準(zhǔn)模型里，宇宙由62種不可再分的基本粒子構(gòu)成，通過強(qiáng)力、弱力及電磁力這三種基本作用力組合成各種復(fù)合粒子，進(jìn)而構(gòu)成物質(zhì)世界。

歐洲的大型強(qiáng)子對撞機(jī)

基本粒子可以分為兩大類：自旋為半整數(shù)的費(fèi)米子（fermion）和自旋為整數(shù)的玻色子（boson）。費(fèi)米子是構(gòu)成物質(zhì)“實(shí)體”的粒子，也稱之為物質(zhì)粒子，而玻色子則傳遞基本相互作用，也可稱為載力粒子。

然而在標(biāo)準(zhǔn)模型建立過程中，有一個問題卻一直困擾著科學(xué)家：按照標(biāo)準(zhǔn)模型理論，基本粒子并沒有質(zhì)量，但實(shí)驗結(jié)果卻又清楚表明，除了光子以外的基本粒子都是有質(zhì)量的。

1964年，希格斯等人提出了“希格斯機(jī)制”的概念，在理論上解決了這個問題。希格斯們認(rèn)為宇宙間遍布“希格斯場”，基本粒子在與希格斯場的相互作用下獲得了質(zhì)量，而形成希格斯場的就是一種新的粒子，被命名為希格斯粒子。

根據(jù)對希格斯粒子性質(zhì)的預(yù)言，希格斯粒子的自旋為零，是一種玻色子，所以又把希格斯粒子稱為希格斯玻色子。

希格斯理論提出，在宇宙誕生的最初，并沒有希格斯粒子的存在，其他的各種基本粒子都如光子一般，以光速橫沖直撞。宇宙誕生十幾秒后，希格斯粒子 誕生，形成了“希格斯場”。除了光子，其他的基本粒子與希格斯粒子發(fā)生碰撞后，就如同輕巧的棉花吸飽了水分一般，獲得了質(zhì)量，而速度就慢下來了。

慢下來的基本粒子“夸克”在強(qiáng)相互作用下，抱團(tuán)組成了質(zhì)子、中子等粒子，質(zhì)子和中子又組成了原子核，原子核與電子在電磁力作用下又形成了原子，原子構(gòu)成分子，由此形成了我們所見到的大千世界。

如果沒有希格斯粒子，其他的基本粒子就會仍然以光速運(yùn)行，不能聚合在一起，我們的宇宙將仍然是一鍋沸騰的基本粒子湯，根本不能組成物質(zhì)，生命也無從談起。

希格斯玻色子的存在是希格斯機(jī)制的必然結(jié)果之一，假若實(shí)驗證實(shí)希格斯玻色子存在，則可給予希格斯機(jī)制極大的肯定。更重要的是，它的發(fā)現(xiàn)彌補(bǔ)了標(biāo)準(zhǔn)模型的缺漏，奠定了標(biāo)準(zhǔn)模型的基礎(chǔ)。

由于希格斯粒子一直未被發(fā)現(xiàn)，這些重要的問題一直懸而未決。這個標(biāo)準(zhǔn)模型理論預(yù)言的最后一個粒子便一直成為科學(xué)家們苦苦追求的目標(biāo)。

等等，萬一希格斯理論被證明是錯誤的，希格斯粒子根本就不存在呢？

曾獲諾貝爾獎的著名粒子物理學(xué)家萊德曼表示，如果這樣，標(biāo)準(zhǔn)模型理論將被推翻，至少需要進(jìn)行修改。他表示，“這就像哥倫布啟程去尋找印度群島一樣，他和他的信徒們相信，如果沒有達(dá)到目的，他也會發(fā)現(xiàn)一些別的東西，這些東西可能會更有意義。”

在這個意義上來說，很多科學(xué)家反倒有些失望，畢竟找到一個48年前就被預(yù)言了的“老粒子”多少有些無趣，他們期盼的是更為顛覆性的發(fā)現(xiàn)：假如標(biāo)準(zhǔn)模型被推翻，整個物理世界的理論都有可能要重新改寫。

尋找希格斯粒子歷程艱難花費(fèi)驚人

上帝粒子之所以取名為希格斯，是因為它是英國科學(xué)家彼得?希格斯（Peter Higgs）于1964年提出的（與他差不多同時提出希格斯這一機(jī)制的還有其他幾個人，一旦希格斯粒子的存在最后被確認(rèn)，他們將分享諾貝爾物理獎）。

尋找希格斯的工作早在上世紀(jì)90年代的LEP對撞機(jī)上就開始了。LEP似乎看到了希格斯的小尾巴， 可惜LEP對撞機(jī)由于要讓位于LHC的修建而過早關(guān)閉了，從此便與希格斯擦肩而過（現(xiàn)在看來，LEP的能量再提升一點(diǎn)就有能力看到希格斯了）。

接下來前赴后繼的是美國費(fèi)米實(shí)驗室的Tevatron對撞機(jī)，這一領(lǐng)世界風(fēng)騷近20年的對撞機(jī)也對希格斯進(jìn)行了大力追捕，也模模糊糊看到了希格斯的嬌容，可惜這一對撞機(jī)正值壯年就被關(guān)閉了（被關(guān)閉的原因是在能量和亮度兩方面都競爭不過歐洲人的LHC對撞機(jī)）。

其實(shí)在LHC建造之前，美國人已經(jīng)開始建造超級超導(dǎo)對撞機(jī)SSC，按照設(shè)計它將是真正的巨無霸對撞機(jī)，其能量比LHC還要高3倍，目標(biāo)也是尋找 希格斯?？上?，SSC由于花費(fèi)驚人（被稱為“吞噬金錢的無底洞”）而被美國國會終止了，已經(jīng)挖好的地洞也被填平（很多第三世界國家的人為此嘆息，這些花巨 資挖的地道可以作防空洞或地道戰(zhàn)用?。?/p>

但是，歐洲人并沒有因此而停頓建造LHC的步伐，歐共體成員國共同出錢如期完成了LHC工程（世界上其他大國包括中國在內(nèi)，也不同程度地出了錢）。LHC對撞機(jī)是人類歷史上投資最大的科學(xué)研究機(jī)器，造價高達(dá)100億美元，這一人類歷史上最高能量對撞機(jī)的主要目標(biāo)就是尋找上帝粒子——希格斯。由于LHC涉及到幾十個國家和幾百個大學(xué)，它的發(fā)言人在7月4日的發(fā)布會做最后總結(jié)時說，LHC是全球的力量、全球的成功。

這是歐洲核子中心大型強(qiáng)子對撞機(jī)的ATLAS探測器獲得了數(shù)據(jù)的模擬粒子路徑圖。希格斯玻色子是當(dāng)兩個質(zhì)子以14TeV的極高能級相撞時產(chǎn)生的，此后它會迅速衰變?yōu)?個μ子，這是一種不會被探測裝置吸收的大質(zhì)量電子。這一圖像中，μ子的運(yùn)行路徑用黃色線標(biāo)示。

當(dāng)?shù)貢r間2011年12月13日，歐洲強(qiáng)子對撞機(jī)實(shí)驗室進(jìn)行的高能量光子軌跡圖

看到這里證明大家都是好學(xué)的孩子，還是沒看懂么？

沒關(guān)系，其實(shí)我也不是很懂，那我們看看來自科學(xué)松鼠會的九維空間的繼續(xù)解讀：

希格斯玻色子的意義

希格斯玻色子——或者，至少是0自旋，衰變產(chǎn)物等特性和希格斯玻色子一模一樣的新粒子。這也是物理學(xué)在2012年最大的進(jìn)展。判定這個粒子依據(jù)是：在質(zhì)量125-126 G電子伏左右出現(xiàn)信號，置信度達(dá)到5個標(biāo)準(zhǔn)誤差，意味著可信度大于99.99994% 。

為什么希格斯玻色子如此重要？主要有兩個原因，第一個是它是標(biāo)準(zhǔn)模型中唯一還沒有被發(fā)現(xiàn)的粒子，因為它的質(zhì)量最大，以前加速器的能量都無法把它轟出來，只有LHC可以。第二個原因是它和電子，光子，夸克等我們耳熟能詳?shù)幕玖Ｗ硬煌?，它是個奉獻(xiàn)者，是其它粒子靜質(zhì)量的來源。

大型強(qiáng)子對撞機(jī)

如果沒有希格斯玻色子，世界會變成什么樣？那樣的世界里，由于沒有靜質(zhì)量（如同光子），所有的基本粒子都是以光速在運(yùn)動。由于基本粒子間傳遞相互作用的速度就是光速，于是意味著難以存在由夸克形成的穩(wěn)定原子核。而電子若靜質(zhì)量為零，更意味著不可能形成原子，分子。這樣，宇宙中便不會有出現(xiàn)各式各樣的星球，更不會出現(xiàn)生命。

怎樣比喻希格斯粒子給其它基本粒子提供質(zhì)量的原理？希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)完善了粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型，標(biāo)準(zhǔn)模型的根基是量子場論，量子場論則是量子力學(xué)和狹義相對論的結(jié)合。在量子場論中，所有的粒子都是分布在全空間的場。場的最低能量狀態(tài)叫“真空態(tài)”，隨著能量的提高出現(xiàn)場的單粒子態(tài)，雙粒子態(tài)，三粒子態(tài)等等。而這個“真空態(tài)”并不是一無所有，因為場的最低能量并不為零。希格斯場與其它所有基本粒子的場都不同的是，它在宇宙誕生那一刻，真空態(tài)經(jīng)歷了瞬間的破缺，變成現(xiàn)在這個樣子。正是這個瞬間破缺給了每一種基本粒子靜質(zhì)量（光子和膠子除外）。

前天在歐洲核子中心（CERN）確認(rèn)發(fā)現(xiàn)的希格斯玻色子，就是希格斯場經(jīng)過真空對稱性破缺后的產(chǎn)物，也可以說是希格斯場給了其它基本粒子靜質(zhì)量之后，剩下的那部分所對應(yīng)的粒子。這部分還會跟很多粒子發(fā)生作用而產(chǎn)生衰變，所以能通過衰變產(chǎn)物來夠探測到。當(dāng)然，它不會再給基本粒子們靜質(zhì)量了，因為在宇宙創(chuàng)生之初已經(jīng)給過了。

粒子世界里，自旋為整數(shù)的粒子稱為玻色子，如光子，膠子的自旋都是1。自旋為半整數(shù)的粒子稱為費(fèi)米子，如電子，夸克，中微子的自旋都是1/2。希格斯粒子屬于玻色子，因為他的自旋是0，這也是目前知道唯一自旋是0的玻色子。

希格斯玻色子是如何被理論上預(yù)言的？主要原因來自量子場論的兩個成果，物理學(xué)家一開始并沒有看出這兩個成果的深刻聯(lián)系。借用一句評書體：花開兩朵，咱各表一支。第一支是和楊振寧先生密切相關(guān)的Yang-Mills理論，第二支是Goldstone定理。

楊振寧先生在物理學(xué)上最重要的貢獻(xiàn)，并不是和李政道先生一起發(fā)現(xiàn)的宇稱不守恒，當(dāng)然更不是娶了個小他54歲的老婆。他最重要的貢獻(xiàn)是50年代和Mills提出的Yang-Mills場論。Yang-Mills場論不允許有靜質(zhì)量的玻色子存在，而當(dāng)時實(shí)驗結(jié)果暗示傳遞弱相互作用的玻色子是有質(zhì)量的，因此Yang-Mills場論未受重視。

另一方面，Jeffrey Goldstone 在1962年證明了量子場論中，一個真空態(tài)存在自發(fā)對稱破缺的標(biāo)量場（自旋=0的場），會伴隨著一個質(zhì)量，電荷，自旋都是零的粒子出現(xiàn)。自然界當(dāng)然沒有這種粒子，所以Goldstone定理一開始只被看成一個數(shù)學(xué)游戲。

Yang-Mills場論和Goldstone定理就這樣同命相憐。時間很快到了1964年，量子場論出現(xiàn)了重大突破，Brout，Englert和Higgs等人的工作讓前面這兩個屌絲理論一夜之間合體成了高富帥理論。他們發(fā)現(xiàn)這兩個理論是完美的互補(bǔ)！Yang-Mills場論通過某些限定條件（學(xué)名規(guī)范對稱性）限制了玻色子的形式，希格斯（Higgs）等人證明這些玻色子和Goldstone定理中的對稱破缺后標(biāo)量場相互作用，會獲得靜質(zhì)量，同時標(biāo)量場剩余的部分就對應(yīng)自旋為0但是有靜質(zhì)量的粒子。有些眼熟？沒錯，這就是希格斯機(jī)制和希格斯玻色子！

這就是希格斯機(jī)制的意義，同時挽救了Yang-Mills場論和Goldstone定理，一箭雙雕，一石二鳥。之后進(jìn)一步研究可以發(fā)現(xiàn)電子和夸克等費(fèi)米子也能通過希格斯機(jī)制獲得靜質(zhì)量。隨后溫伯格，薩拉姆，格拉肖三位物理學(xué)家通過希格斯機(jī)制實(shí)現(xiàn)了電磁相互作用和弱相互作用的統(tǒng)一，并因此獲得1979年諾貝爾物理學(xué)獎。

粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型，就是包含希格斯機(jī)制的電弱統(tǒng)一理論，和描述強(qiáng)相互作用的量子色動力學(xué)（QCD）。而希格斯機(jī)制要求希格斯玻色子的存在。一旦找不到希格斯玻色子，那么標(biāo)準(zhǔn)模型就需要修改，物理學(xué)家必須給出其它的原因來解釋Yang-Mills規(guī)范玻色子和費(fèi)米子的質(zhì)量來源，模型都比希格斯機(jī)制復(fù)雜。

7月4日公布的新粒子，CERN方面通過分析數(shù)據(jù)，說可以確定95%以上的可能性就是標(biāo)準(zhǔn)模型中的希格斯玻色子。作為標(biāo)準(zhǔn)模型中最后一個被實(shí)驗發(fā)現(xiàn)的粒子，可以說這次發(fā)布的結(jié)果標(biāo)志著標(biāo)準(zhǔn)模型的實(shí)驗證據(jù)完善。但標(biāo)準(zhǔn)模型并不是物理世界的終極理論，因為他的基礎(chǔ)——量子場論本身就不是終極的物理理論。

在更小的時空尺度下，基本粒子們所符合的可能是含有超對稱的量子場論，而標(biāo)準(zhǔn)模型只是它在稍大尺度下的近似。如果時空尺度小到普朗克尺度之下，可能是超弦理論等含有引力的更深層次理論來主導(dǎo)這個世界。當(dāng)然尋找相應(yīng)的實(shí)驗證據(jù)需要更大更貴，更耗能的加速器，甚至也許會超過人類文明的極限。

無論如何，人類還走在這條發(fā)現(xiàn)宇宙最基本單元的路上，LHC的下一個目標(biāo)是驗證超對稱。超對稱是費(fèi)米子和玻色子之間的深層次的內(nèi)在聯(lián)系，它如果存在，基本粒子的數(shù)量會翻番，三維空間也不再會滿足要求，超弦理論就是超對稱和弦論的結(jié)合，它要求空間是九維甚至是十維。人類對空間的觀念將會產(chǎn)生變革。

最后還要補(bǔ)充一下，媒體總用“上帝粒子”來代表希格斯玻色子，實(shí)際上諾貝爾物理學(xué)獎得主Lederman在其介紹希格斯玻色子科普書中，想把讓物理學(xué)家頭疼的希格斯玻色子起個外號“Goddamn particle”。出版商覺得不妥，遂改為“God particle”。也就是說，別以為希格斯玻色子和上帝真有什么關(guān)系。

竟然能看到這里，我真服了你，還是看不懂么？沒關(guān)系。我相信很多人看不懂的，所以你們不要自卑，好學(xué)本質(zhì)來說不是個壞事！只是告訴你一下，這是一個很厲害的東西。