彼得·希格斯去世享年94岁。他预言的希格斯玻色子“上帝粒子”是什么？

希格斯关于标准模型需要另一种粒子的建议引发了科学史上最伟大的搜索之一。

2008 年，彼得·希格斯 (Peter Higgs) 访问欧洲核子研究组织 (CERN)。

图片来源：Marc Buehler，来自 Flickr（CC BY-NC 2.0）

诺贝尔奖获得者彼得·希格斯教授去世。虽然希格斯对物理学做出了许多贡献，但他的名字永远与他预言的粒子有着千丝万缕的联系。他的理论证明这种粒子可以解决物理学中的许多问题，引发了持续近 50 年的研究。这成为建造大型强子对撞机的主要原因之一，大型强子对撞机是历史上最大、最昂贵的科学设备之一。那么什么是希格斯玻色子，为什么全世界要不遗余力地寻找它呢？

到了 20 世纪中叶，它逐渐成为清晰的宇宙模型，被认为在 50 年前就已接近完整，甚至无法解释为什么粒子具有质量——这是一个相当基本的问题，考虑到如何它对一切都是至关重要的。

大约在同一时间，几位科学家认为，一定有一种我们尚未发现的粒子，它负责赋予许多其他粒子质量。这对于 W 和 Z 玻色子来说尤其重要，最近有人提出它们可以调解弱力，并在十年后得到证实。这样的粒子将成为粒子物理标准模型中最后一个缺失的元素。

尽管希格斯只是得出这一结论的人之一，但他的贡献被认为是足够的，早在失踪粒子被发现之前，他的名字就被赋予了。

质量似乎是一个内在的特征，以至于非物理学家很难想象为什么我们需要粒子来提供它。事实证明，希格斯玻色子很难找到，因为它会在不到十亿分之一秒的时间内崩溃。问题在于这样一个短寿命的粒子如何达到这个目的。 

然而，宇宙模型要求夸克等粒子最初是无质量的，并且在大爆炸后的第一秒内就发生了变化。希格斯提出，这些粒子一定是通过与场的相互作用而获得了质量，后来这个场也以他的名字命名。正如当时发现的其他场需要粒子来携带它们一样，希格斯场需要一个代表场激发态的粒子。希格斯和其他人勾画出了它的特性，例如它缺乏自旋或电荷，但它自己的质量只能通过实验找到。 

这引发了大搜索。起初，科学家们想确认希格斯玻色子的存在，以及它所携带的场。到最后，几乎没有人怀疑场和粒子是真实的。相反，找到希格斯玻色子是精确测量其特性的唯一方法。希格斯粒子的质量在宇宙中荡漾，确定它使得标准模型的许多其他方面的确定成为可能，而在此之前，标准模型一直是模糊的。

2012 年，被发现为 1250 亿电子伏/c2，非常符合预测（根据爱因斯坦著名方程，质量等于能量除以光速的平方，粒子质量为以能量单位报告）。

希格斯玻色子的寿命极其短暂，这意味着我们从未真正直接观察过它。相反，它会衰变成各种令人眼花缭乱的寿命较长的粒子，包括两个 W 和两个 Z 玻色子，大型强子对撞机的团队确实成功地观察到了它们，以及光子、tau 和底夸克以及它们各自的反粒子。将它们加在一起就可以重建希格斯质量。

通过赋予 W 和 Z 玻色子质量，希格斯场限制了它们远距离传播的能力，这是使标准模型与观测结果保持一致的重要一步。尽管有迹象表明还潜伏着更多的粒子，但希格斯粒子基本上做到了这一点。

希格斯玻色子以及希格斯本人的声誉远远超出了物理学界，部分原因是因为“上帝粒子”的绰号，导致了某种统治地位的印象。然而，虽然希格斯粒子对于我们理解宇宙的运作至关重要，但许多其他基本粒子也同样重要。然而，事实证明这些更容易找到。希格斯粒子的难以捉摸激发了“该死的粒子”这个绰号，出版商选择缩短这个绰号。新版本不受物理学家欢迎，但它确实有助于激发公众对寻找其重要性难以解释的东西的兴趣。

希格斯场遍布宇宙的事实加深了公众对它与宗教的印象。标准模型依赖于许多其他字段，但所有其他字段的平均值均为零，仅在特定点（例如带电粒子周围）获得非零值。另一方面，希格斯场的期望值为非零，空间中的每个点都有一定的强度。

希格斯玻色子的名声给非科学家留下了这样的印象：宇宙中所有的质量都是由希格斯玻色子造成的。这不是真的。即使撇开尚未解决的暗物质本质问题不谈，质子或中子的大部分质量都来自将其结合在一起的结合能，而不是从希格斯粒子获得质量的夸克。