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本次诺奖点滴

编辑:超级管理员发布日期:2014-03-19 08:32:00

2013年10月8日,瑞典皇家科学院宣布将今年物理学奖授予比利时物理学家弗朗索瓦·恩格勒(François Englert)和英国物理学家彼得·希格斯(Peter Higgs),以表彰他们对希格斯玻色子(又称“上帝粒子”)所做的预测,两位科学家到底做出了什么样的贡献,有何重要意义,这次诺奖较之于以往,有着更多的可说之处,无论是从学术角度还是从花边新闻的角度。
这两位老先生的的功绩,还得从标准模型(Standard Model, SM)谈起。标准模型是人们为了理解微观世界而建立的一套理论体系,该理论可以描述强力、弱力及电磁力这三种基本力,还可以解释所有的基本粒子。或者说可以帮助我们理解除了引力以外的所有问题。标准模型提出后,取得了巨大的成功,其预言的61种粒子在此之前已经找到了60种,希格斯粒子是最后找到的一类粒子,所以,这次希格斯粒子的发现,是对标准模型的巨大肯定,也是对既几十年来理论物理工作的极大支持,意义之大,不同凡响,所以,今年的物理学奖奖给希格斯粒子的贡献者,是几乎没有悬念的。
希格斯粒子在所有的61种粒子种,地位也是非常重要的,它起到了赋予其它粒子质量的任务,因为根据标准模型,基本粒子都不能有质量,那有质量的粒子的质量从哪里来?一些科学家提出了一个机制,宇宙中存在着一种希格斯场,这种场是普遍存在的,当粒子在其中运行时,希格斯场就会阻碍物体的运动,这就表现为粒子有质量。希格斯粒子就是粒子和希克斯场作用的副产品,如果将希格斯场比喻成水,希格斯粒子就说水面的涟漪。
关于这个问题的通俗解释,有一个小故事,1993年,英国科学部长威廉瓦多格列佛(William Waldegrave)向科学家发起了挑战,让他们用一页纸的篇幅向他解释希格斯场。瓦多格列佛拿出了一瓶香槟奖给了获胜者,其中就包括英国伦敦大学学院的物理学家戴维米勒(David Miller)。米勒把希格斯场比作一个房间,房间里均匀分散着一大群为政客聚会服务的工作人员。一个无关紧要的人可以不受阻碍地在人群中穿来穿去。然而,如果是时任英国首相撒切尔夫人(Margaret Thatcher)到场,一定会吸引大量的关注:聚会工作人员会围拢在她周围,减慢她穿行的速度,使她带上某种“质量”。
很多新闻上说,该粒子是标准模型的62种粒子的最后一种,这个数字是不准确的,标准模型认为,自然界的基本粒子应该包括36种夸克,(上夸克,下夸克,奇夸克,粲夸克,顶夸克,和底夸克,每种夸克又有红绿蓝三种颜色,共计18种,每一种又都存在着反粒子,故36种。)12种轻子,(电子,m子和t子,以及它们的反粒子工6个,还有电子中微子,m子中微子,t子中微子和它们的反粒子也是6个,共计12个。)轻子和夸克组成世界,相互作用将它们联系在一起,这些作用力也需要粒子来传递,传递夸克之间的强相互作用的是胶子,总共有8种,传递弱相互作用的粒子有三种,分别是W+ ,W- ,Z粒子,共三种,传递电磁作用的粒子一种,光子。再加上赋予粒子质量的粒子希格斯粒子,共计61种,好多人之所以认为62种,是将传递引力的引力子考虑在其中了,这是不合适的,因为,标准模型并不包括引力,再说,引力子到现在也没有被发现,就算是算上引力子,那希格斯粒子也不是62个粒子的最后一个,而是倒数第二个。
很多人会误解为希格斯粒子的发现解决了标准模型的所有问题,实际上不是这样,希格斯粒子只是解释了少部分质量的来源,也没有解释了标准模型遇到的所有问题,包括标准模型本身也是不完备的,它没能包含引力问题,在探索宇宙奥秘的征途上,还有很长的路要走。
希格斯波色子经常被媒体称之为“上帝粒子”,是因为美国物理学家Leon Lederman教授写过一本书,书名叫做《上帝粒子——假如宇宙是答案,究竟什么是问题?》。 Lederman教授本来想称希格斯粒子为“该死的粒子”(goddamn particle)因为这个粒子太难发现了,耗费如此多的精力与时间,但是图书编辑不让他这样用,只好改为“上帝粒子”,从此以后,“上帝粒子” 名字就名声在外了。
如果你稍加注意的话,还会发现一个非常奇怪的现象,诺奖名单上的第一人并不是希格斯,而是比利时人弗朗索瓦·恩格勒,这个事情,与物理学界的大佬史蒂文·温伯格(Steven Weinberg)教授的一次失误有关。希格斯和恩格勒是各自独立的提出了关于希格斯机制的思想,恩格勒教授的文章发表稍微早一些。当温伯格先生写文章时,引用了它们和另外人的文章,但他却不经意地把希格斯排在了其他人的前面。温伯格(Steven Weinberg)教授是当代登峰造极的理论物理学家之一,素以头脑敏锐、学风严谨而著称。所以他的这个失误不仅没有被注意到,而且被他的粉丝们一再的引用而放大,以至于希格斯名声大噪,而恩格勒则相对而言默默无闻。以至于温伯格曾在杂志上公开纠正,可是,也未能改变这一现状,几乎所有人都认为希格斯是该问题贡献第一人。据悉,本届诺奖的宣布时间莫名的推迟了一小时,也许,和这个插曲不无关系。
对于这个粒子的发现,也不是所有的人都欢欣鼓舞,毕竟,它们已经等待了太久,并且早在预期之中,甚至,有些人更希望得到一些反对性的结果,刺激一下有些沉闷的物理学。再者,标准模型用到的基本粒子实在太多了,给人以吵杂之感,当基本粒子之一m子被发现时,一位物理学家哀叹道:“who ordered that!”