物理学奖回顾：希格斯之后，美国和欧洲物理学谁会第一？ 一个人对宇宙说：“天哪，我还活着！”“我想是的”，宇宙回答道，“但你疯了，以为我要围着你转。” 编者按：瑞典皇家科学院于北京时间2013年10月8日18时45分，将诺贝尔物理学奖授予弗朗索瓦·恩格勒和彼得·希格斯，以表彰他们预言了希格斯机制。 7月4日是美国独立日。2012年的美国独立日对欧洲科学界来说是一个光辉的日子——瑞士日内瓦郊外的大型强子对撞机（LHC）在这一天宣布发现希格斯玻色子。然而，对诺贝尔奖得主利昂·莱德曼来说，这却是美国科学界惨淡的一天。他是美国费米国家加速器实验室主任，也是希格斯玻色子“上帝粒子”绰号的提出者。在与美国青年粒子物理学家克里斯托弗·希尔合著的《超越上帝粒子》一书中，莱德曼痛惜美国政客的短视，认为美国政府1993年关闭超导超级对撞机的决定，导致美国退出了基础物理高能研究的前沿。不过，尽管美国国会可能不具备莱德曼和希尔所描述的“领导力”，但把所有责任都归咎于美国国会，也未免不公平。
当时，超导超级对撞机计划在美国得克萨斯州沃斯堡地下挖掘一条巨大的圆形隧道，大型强子对撞机则计划利用现有的地下圆形隧道。要把一束接近光速的粒子束限制在如此狭小的轨道内，只有超导电磁体产生的磁场才能做到，而当 LHC 提出时，超导电磁体还只是科幻小说中才有的。总之，欧洲科学家表现出了美国科学界在阿波罗登月计划中表现出的非凡勇气和敢做敢为的精神。结果，讽刺的是，他们最终向欧洲政府提交的出资总额远低于美国方面的天文数字。虽然莱德曼和希尔痴迷于超导对撞机，但他们似乎接受了欧洲模式，在资金限制的逼迫下，进行了广泛的国际合作。这是粒子物理学发展更合理的方向。即便如此，他们还是希望看到美国再次押注粒子物理学。到 2015 年，大型强子对撞机将开始在更高能量下运行。莱德曼和希尔提议美国启动所谓的“X 项目”来应对这一问题，力求在极其罕见的低能过程中找到基础物理学的突破。这是一个大胆的计划物理学家谈欧洲，因此备受争议，但《超越上帝粒子》真正要讲述的是希格斯粒子本身以及它存在的原因。这是一个真正令人惊叹的故事，这本书讲得很好。一般来说，质量并不是你想象的那样。它根本不是。
根据莱德曼和希尔的书，像介子这样传递弱核力的亚原子粒子，会在左手性状态和右手性状态之间来回跳跃（这种跳跃在物理学中称为“抖动”）。但如果介子加速到光速，根据爱因斯坦的狭义相对论，它的时间就会静止。光子是一种完全不知道时间流逝的粒子，所以介子会表现得像光子。由于光子没有静止质量，那么，以此类推，以光速运动的介子也没有静止质量；它的质量被“关闭”。发生的唯一变化是介子停止在左手性和右手性状态之间跳跃（因为它的时间已经静止，无法发生任何变化）。可以推断，正是这种两种状态之间的振荡赋予了介子质量。这一切和希格斯粒子有什么关系呢？在从左手态跃迁到右手态的过程中，μ子必须抹去自己的“弱电荷”（弱核力对应的电荷），但这和消除电荷一样不可能。因此，左右旋转转换必须由另一个粒子来介导，这个粒子负责带走这些弱电荷。这种粒子在之前的实验中从未出现过，所以它的寿命一定很短，按照量子理论这相当于它的质量很大。它不能携带电荷，所以一定是电中性的，也不能携带量子“自旋”，自旋一定为0，所以它是玻色子。
叮，叮，叮，这是希格斯粒子。根据莱德曼和希尔的说法，群居性是玻色子的一个特性。就像组成电磁场的光子一样，玻色子喜欢和同伴在一起，填充宇宙的真空。正是通过与真空中的希格斯玻色子的不断相互作用，μ子才获得质量。但与很容易从电磁场中产生的光子相比，希格斯玻色子极难从希格斯场中拉出来。事实上，将希格斯玻色子拉出来所需的确切能量高达 1,000 公里——这就是为什么只有价值 90 亿美元的 LHC 有机会尝试。这本书尽可能少地笼统地讲述，远离鸡尾酒会上关于希格斯粒子如何赋予质量的陈词滥调。仅凭这一点就值这本书的价钱了。不过需要提醒大家的是，在书的四分之三处，莱德曼和希尔才带着一丝狡黠的笑意迟迟承认，希格斯玻色子只能解释一小部分质量，并不是全部，其余99%的质量来自于强核力，与希格斯玻色子无关。不过话又说回来，秘而不宣也不是他们的错。在向媒体吹嘘希格斯玻色子的重要性时，几乎所有的粒子物理学家都有意无意地忽略了这个事实。至于上帝粒子之后是什么，这本书给出的答案是：你想猜就猜。令人不安的是，迄今为止，希格斯玻色子对我们尚不清楚的更深层次的物理只字未提，砂锅问到底还是可以雕琢的：如果希格斯玻色子赋予了其他粒子质量，那么希格斯玻色子的质量从何而来？正是为了回答这样的问题，莱德曼主张建造更高能量的加速器，以可能位于日本的国际直线加速器为框架，加上美国 X的帮助，用于在低能下寻找那些无法用标准模型解释的奇异粒子事件。
然而，当我看着粒子物理学家在纸上谈论他们的想法时，我不禁想知道宇宙是否只是在旁边逗我们玩。毕竟物理学家谈欧洲贝语网校，我们知道粒子物理学家的所有努力都只是为了啃食宇宙中区区 4.9% 的物质——真正的反饥饿部分，暗物质和暗能量，我们甚至没有人来画饼。如果说有什么不同的话，上帝粒子的发现向我们展示了我们距离进入自然的心脏还有多远的路要走。这让我想起了美国诗人斯蒂芬·克莱恩的诗《一个人对宇宙说》：一个人对宇宙说：“上帝，我还活着！”“我想是的，”宇宙回答说，“但你疯了，竟然认为我应该围着你转。”（编译自：《新科学家》，我们？来源：果壳网）
