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寻找希格斯,和“上帝粒子”一样难找的男人

(文/ Ian Sample)媒体的聚光灯对彼得·希格斯而言常常太过刺眼,为了躲避蜂拥而至的记者——每位诺贝尔奖得主都不得不经受的冲击——这位爱丁堡出生的物理学家不带手机,消失在了他于10月6日开始的休假里。

这是一步经过了精心计算,并且大获成功的棋。10月7日上午,瑞典皇家科学院在宣布2013年诺贝尔物理学奖获得者之前——和之后——拨打希格斯的电话,都无人接听。

现年84岁的希格斯将和比利时的理论物理学家弗朗索瓦·恩格勒(François Englert)一起分享800万瑞典克朗(约合人民币750多万元)的奖金和同样可观的荣誉。去年7月,欧洲核子研究中心大型强子对撞机小组的研究人员宣布,他们发现了希格斯所预言的希格斯玻色子,从那时起,彼得·希格斯便成了诺奖得主的大热门。

1964年,希格斯、恩格勒和其他几位物理学家提出了希格斯场理论,而希格斯玻色子存在与否,便是证实或证伪这一理论的确凿证据。几十年来,大西洋两岸从事希格斯场理论研究的科学家都在寻找希格斯子的踪迹。

希格斯场理论描述了一个无形的场,它存在于我们身边或身体里面。这个场赋予基本粒子以质量,这使得宇宙不是一堆以光速飞驰的无质量粒子的海洋。

人们都说彼得·希格斯是神龙见首不见尾的天才,但和任何刻板印象中的科学家一样有着这样那样的缺点。希格斯确实是很难一见,但主要还是因为生活忙碌和讨厌现代技术。他没有电脑、不用电子邮件,只接听认识的电话号码。几年前,为了安排采访,我写了一封信寄到他位于爱丁堡新镇(New Town)的住址,好几个月以后才等到他的回复——用钢笔写在纸上——信封上贴了一枚有蟹状星云图案的邮票。

即使在较大的项目中,他也依旧采用这种传统的通信模式。在《大海捞针:引发科学界最大规模搜寻的失踪粒子》(Massive: The Missing Particle That Sparked the Greatest Hunt in Science)一书的写作后期,核对事实的工作是通过把一章章的文稿寄给希格斯来完成的,随包裹还附上一袋圆珠笔,供他在修订时使用。几个月后,隔三差五地,这些稿子都寄回来了,上面写满了详尽的修订意见和校对列表。每个包裹到来时都沉沉地落在门垫上,发出“扑通”的声响,由此形成的条件反射式焦虑(译注:指作者一听到扑通声就会焦虑)足以使巴甫洛夫为之骄傲。

爱丁堡大学——希格斯自1960年以来一直从事学术研究的地方——发表了一份声明,称这位物理学家对获得诺贝尔奖“受宠若惊”。“我希望这一对基础科学的肯定有助于提高人们对‘蓝天研究’(Blue-sky Research,指没有明确目标或单纯由好奇心驱使的科研)价值的认识。”

祝贺和赞扬从四面八方向传来,希格斯谦卑和自省令他成为最受敬仰的在世的物理学家之一。“现场响起了巨大的欢呼声,”希格斯的同事、爱丁堡大学物理与天文学学院的荣誉研究员艾伦·沃克(Allen Walker)说:“我当时眼泪都有了。”

曾经和希格斯在爱丁堡大学共事过的牛津大学物理学家肯·比奇(Ken Peach)说:“我很高兴彼得的工作得到了诺贝尔奖委员会的认可,我希望这将有助于激发年轻人学习物理,进而能够了解彼得的构想有多么之美。”

在大爆炸之后,立即形成的第一种粒子完全没有质量,在尚处幼年的宇宙中以光速穿行。但在万亿分之一秒钟以后,希格斯场出现了,赋予了好几种粒子以质量,其中包括组成原子的夸克和电子。组成光的粒子——光子——不受希格斯场的影响,仍旧没有质量。如果没有希格斯场或与之类似的东西,宇宙会跟现在很不一样。没有恒星、没有行星,也没有我们所知的生命。

希格斯是在去年6月西西里岛的一次会议上,从欧洲核子研究中心的资深研究员约翰·埃利斯(John Ellis)那里得到情报,说希格斯子被发现的消息或许会在CERN预计于7月4日举行的研讨会上公布。当时希格斯正和艾伦·沃克(Alan Walker)一起旅行。听到这个消息后,两人就延长希格斯旅游保险所需的费用和他们是否还剩下足够多的干净内衣进行了争论,最终决定调整行程,飞往欧洲核子研究中心。

2012年7月4日上午,欧洲核子研究中心举行的研讨会上宣布,确实发现了希格斯玻色子。与会者都起身报以了雷鸣般的掌声,希格斯则用他的手帕擦了擦眼睛。一个星期以后,再来观看当时的录像,希格斯解释自己为何会作出那样的反应。“我差一点就要流泪了,”他说:“我被在场观众反应的浪潮压倒了。在此之前我一直在克制情绪,但听到观众反应时,我忍不住了,这是我能给出的唯一解释。”希格斯含泪,不是因为CERN终于证明了他的理论,而是这一发现对他周围的人意味着什么。

今年是诺贝尔奖可以授予希格斯研究成果的最早的一年,但奖颁得如此之快仍是非同寻常。

诺贝尔奖常为人诟病忽略了同样值得获奖的科学家,今年的物理学奖就是这样。问题出在诺奖的颁奖规则上——许多科学家都认为一个奖项不得同时授予3人以上的这条规定已经为过。希格斯场理论最初由弗朗索瓦·恩格勒特和罗伯特·布劳特(Robert Brout)提出,但伯劳特已在2011年去世了。希格斯是第二个发表论文的。但不到一个月,另一支队伍也发表了独立研究得出的理论,只是他们为了确保完备性,而推迟了论文的发表时间。这三位科学家分别是美国物理学家杰拉德·古拉尼(Gerry Guralnik)和迪克·哈根(Dick Hagen),以及伦敦帝国学院的汤姆·基博尔(Tom Kibble)。

“在他们的规定和不偏不倚的判断之间,瑞典人选择了规定,”哈根在接受《卫报》采访时说 。

帝国学院的汤姆·基博尔表示,他很高兴瑞典皇家科学院对希格斯场研究工作的肯定,并祝贺希格斯和恩格勒获奖。“我的两位合作者、杰拉尔德·古拉尼和卡尔·理查德·哈根(Carl Richard Hagen,即上文的“迪克·哈根”),还有我……对这一发现做出了贡献,但我们的论文无疑是三者中最后发表的。因此,瑞典皇家科学院认为无法将我们纳入获奖者中并不奇怪,他们囿于其自身的规定而不能让三个以上的人共同获奖,”他说。

剑桥大学的理论物理学家本·阿兰纳克(Ben Allanach)说:“这一基础物理学的胜利将流传史册。今年的诺贝尔物理学奖太令我激动了。恩格勒和希格斯都名至实归。”

阿兰纳克说:“怎么强调这一发现的重要性都不为过。希格斯玻色子标志的质量机制在过去50年中对粒子物理学产生了巨大的影响。我想我们很多人都认为它肯定是对的,但是我们愿意让数据来说话 。”

Ian Sample 是《卫报》的科学记者,《大海捞针:引发科学界最大规模搜寻的失踪粒子》(Massive: The Missing Particle That Sparked the Greatest Hunt in Science)的作者。

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发布于2013-10-21, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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