2013年诺贝尔物理学奖：众望所归

　　【财新网】（记者 于达维）经过多次推迟，瑞典皇家科学院终于在预告的公布时间一个小时后公布了结果。81岁的比利时物理学家弗朗索瓦·恩格勒（François Englert）和84岁的英国物理学家彼得·希格斯（Peter Ware Higgs）获得2013年诺贝尔物理学奖，原因是他们成功预测了希格斯粒子，也就是“上帝粒子”存在。

　　诺贝尔奖委员会在颁奖公告中说，两位科学家在理论上的发现，为我们理解亚原子粒子质量的起源提供了帮助，而且他们的预言在最近被证实，因为CERN的大型强子对撞机发现了他们所预测的基本粒子。

　　2012年7月4日在澳大利亚墨尔本召开的国际高能物理会议的开幕式上，欧洲核子中心（CERN）宣布，他们发现了一种新的粒子，其性质与理论预测的希格斯粒子非常接近。

　　在当天下午举行的发布会上，LHC两个探测器ATLAS和CMS的主管分别宣布，他们找到了一种新的亚原子粒子，这种粒子很可能就是物理学家们苦苦追寻了近半个世纪，被科学界称为“上帝粒子”的希格斯粒子。而后经过半年多的验证，他们对这个结果更加肯定。

　　中科院理论物理所研究员李淼曾经对财新记者表示，应该说，这一代物理学家是幸运的：15年中见证了基础物理学的两大发现。第一是1998年发现宇宙加速膨胀；第二是2012年类希格斯粒子的发现——其实我个人十分确定就是希格斯粒子，至少从发现至今，CERN的两个实验组还没有发现它任何不像希格斯粒子的地方，否则就是更大的发现了。

　　在粒子物理标准模型中，包含费米子及玻色子两类，费米子为拥有半整数的自旋并遵守泡利不兼容原理；玻色子则拥有整数自旋而并不遵守泡利不兼容原理，费米子是组成物质的粒子，而玻色子负责传递各种作用力。玻色子包括负责传递电磁力的光子、负责传递弱核力的W及Z玻色子、负责传递强核力的8种胶子。

　　这一模型看上去非常完美，而且在各种实验中得到了验证，但它最大的缺陷，是各种粒子在诞生之初都没有质量，让科学家怀疑它的正确性。

　　直到1964年，比利时理论物理学家罗伯特·布劳特（Robert Brout）和弗朗索瓦·恩格勒（François Englert）提出了量子场方程，这种场能够弥漫于整个宇宙，在符合相对论的前提下产生弱电对称破缺，也就是为粒子提供质量。在这一年，英国物理学家彼得·希格斯（Peter Higgs）提出了同样的方程，并且指出这个场中的涟漪会表现为一种新的粒子，就叫做希格斯粒子。

　　同年稍晚些时候，杰拉德·古拉尼（Gerald Guralnik）、卡尔·哈根（Carl Hagen）和汤姆·基博尔（Tom Kibble）将这些概念整合成了一种完整的理论——这就是标准模型的前身。这6位科学家在2010年共同获得美国物理学会颁发的樱井奖。当年提出这一理论时，这6位科学家都还是30岁左右的小伙，但是直到50多年后的暮年，他们的预言才得到最后证实。

　　由于他们提出了让这些粒子获得质量的机制，才挽救了标准模型这个完美的理论。可以说希格斯粒子是标准模型的基石，如果没有它，整个模型就会崩塌，人们不得不寻找其他理论来解释各种粒子和各种相互作用。

　　实际上，希格斯机制、希格斯粒子只是一个简称，欧洲核子中心对于希格斯机制的全称是布劳特-恩格勒-希格斯机制（BEH mechanism），以纪念提出这一机制的三位科学家，他们三人在2004年获得沃尔夫物理学奖。遗憾的是，布劳特教授于2011年去世，他不仅错过了获得诺贝尔奖，更重要的是，他没有看到他们提出的预言被证实。

　　2007年11月，在法国与瑞士边界的侏罗山脚地下100米深处的世界最大的粒子加速器LHC建设完成。LHC全名叫做大型强子对撞机（The Large Hadron Collider），两束相反方向的质子束将在其中被电磁场中加速到接近光速后相撞。

　　LHC可以模拟宇宙大爆炸发生后十亿分之一秒时间能量水平，理论上预测，每一万亿次撞击可形成一些希格斯粒子，而后快速衰变。这种衰变会留下“足迹”。LHC自从2008年启动到2012年年中，LHC内已发生1600万亿撞击，所发现的潜在希格斯粒子接近300个。

　　在CERN宣布发现希格斯玻色子后，希格斯机制的预言者就成为2012年诺贝尔奖的最大热门，但是CERN当时表示需要用半年的时间对数据进行更多的分析，以证实他们的发现。因此在2012年10月瑞典皇家科学院宣布当年的诺贝尔物理学奖得主时，人们对于名单上没有希格斯虽然感到震惊，但仍然表示理解。

　　当一年多的各种验证都无法否认当时的结果，那么今年的物理学奖再不授予他们就说不过去了。距离宣布2013年诺贝尔奖还有一个多星期的时候，在汤森路透用以预测当年诺贝尔奖的“汤森路透引文桂冠奖”的得奖名单上，弗朗索瓦·恩格勒（François Englert）和彼得·希格斯（Peter W. Higgs）排在榜首，可以说不仅从民意上，而且从数据分析上，两位老者获奖已经是众望所归。

　　在接到诺贝尔奖委员会的通知时，对于直到2013年才获奖，恩格勒表示，“没有感到不高兴。”他是比利时的第八位诺贝尔奖获得者，第一位诺贝尔物理学奖获得者。

　　诺贝尔奖委员会在颁奖公告中说，今年的诺贝尔奖得主可能不会想到，他们能在有生之年看到自己的理论得到证实，当然这也得益于来自全球的实验物理学家不懈的努力，才能得到现在的结论。

　　但是，诺贝尔奖委员会提醒说，虽然希格斯粒子的发现让粒子标准模型变得完美无缺，但是这个模型可能并不是解释宇宙的最终答案，这其中一个原因是，在这个模型中中微子由于不跟希格斯场发生作用，应该是没有质量的，但是最近的一些研究发现它们是有质量的，另一个原因是，这个模型只描述的可见物质，而对于占宇宙质量五分之四的暗物质，并没有描述。

　　而在寻找暗物质的过程中，希格斯粒子可能扮演着重要的角色。在许多粒子物理学家眼中，虽然暗物质与可见物质并不发生作用，希格斯粒子可能是联系可见物质和暗物质世界的纽带。

　　今年2月，LHC停止了工作，开始为期18个月的检修和耗资12亿欧元的升级，升级之后能量将从之前的8万亿电子伏特提高到14万亿电子伏特。进一步验证希格斯粒子，并寻找暗物质、暗能量和超对称，将是CERN的科学家们下一步的工作。