有人调侃说:现代社会,人人都有拖延症,就连瑞典皇家科学院都不可免俗,比如2013年的诺贝尔物理学奖几经拖延,才在最后一天的中午12点45分正式公布。那年物理学奖获得者是两位理论物理学家,一位是比利时的弗朗索瓦•恩格勒(Francois Englert),另一位是英国的彼得•希格斯(Peter Higgs)。他们获奖的原因是预测到了希格斯玻色子(Higgs boson,又称希格斯粒子)的存在。他们提出的理论可解释粒子为何拥有质量,从而演化为万事万物。
物理学标准模型预言了62种基本粒子的存在,实验中,这些陆续发现了这些粒子;到了1995年3月2日,美国费米实验室向全世界宣布他们发现了“顶夸克”时,62个基本粒子中有61个都已经得到了实验数据的支持与验证,看上去标准模型马上就要搭建完工时,似乎对物质微观结构的探索已经到达了它的尾声,但是仍然有一个粒子,游离在这座辉煌的大厦之外,仿佛一个幽灵,这就是希格斯粒子,而且就是这个粒子可能会击垮整座大厦。
希格斯玻色子是一个非常复杂的粒子物理学概念,另外,希格斯玻色子是希格斯场的组成单元。为了能解释清楚这个概念,很多人都是各出奇招,其中解释得最形象的要数英国物理学家大卫•米勒,他用的是两幅漫画:把希格斯场比作一个房间,房间里均匀分散着一大群工作人员,普通人可以不受阻碍地在人群中穿行。但如果名人1号到场,就会有粉丝围拢过来,大大增加了名人行进的难度。于是,这位名人就获得了某种“质量”。接着如果另有一个名气较低的名人2号进场,那么也有粉丝聚拢在他的周围,他也获得了某种“质量”,但2号的质量要少于1号名人。另外还有些别的比喻,如鱼和水之类的,但都比不上米勒的描述。
长久以来,希格斯玻色子一直无法得到确认。由于它极其重要又难以找到,故又被称为“上帝粒子”,这个称呼是物理学家莱德曼提出的;莱德曼是1988年的诺贝尔物理学奖获得主。到了2012年7月份,欧洲核子研究中心(CERN)通过其大型强子对撞器(LHC)得出的重要数据,发现了疑似希格斯玻色子的物质。但是,当时他们认为还需要更多的实验和分析。终于,在2013年3月14日,CERN发布新闻稿表示,先前探测到的新粒子是希格斯玻色子。因此,希格斯等人获得诺奖,也是实至名归了。
1929年,希格斯出生在英国泰恩河畔的纽卡斯尔,他的父亲是一位在BBC工作的录音师。后来,全家人搬到了位于英国西部的港口城市布里斯托尔(Bristol)。希格斯天资聪慧,从小念书就得了很多奖,但都与物理学无关。
但是,还在考特姆(Cotham)文法学院读书的时候,年少的希格斯看到了保罗•狄拉克(Paul Dirac)的研究成果,第一次受到了启发。狄拉克也是一位物理学家,量子力学的建立,有他的一份功劳。
随后,希格斯也走上了物理学的道路。一路深造下来,他进入了伦敦大学国王学院(King's College London)攻读物理学博士学位。毕业以后,他想申请一份伦敦大学讲师的职位,可惜没有成功,他的一个朋友更具优势;于是,希格斯就去了苏格兰。
在苏格兰期间,他提出了著名的“希格斯机制”。任何学科、任何理论的发展,都有一定的规律,当时的物理学走到了某一个阶段,有不少人各种分头研究,但殊途同归,都提出了类似的理论。这其中就包括本次与希格斯同时获奖的弗朗索瓦•恩格勒,另外还有已故的罗伯特•布绕特(Robert Brout)。稍迟一些时候,还有美国人杰拉德•古拉尼克(Gerald Guralnik)、卡尔•汉根(Carl Hagen)和布瑞托•汤姆•齐布(Briton Tom Kibble)。
然而,一直到20世纪70年代早期,无论是在发表的学术论文上,还是在研讨会上,都是希格斯这个名字和该理论联系在一起,所以,后来就把这个粒子称作“希格斯玻色子”。刚开始并非正式的名称,但随后就确定下来了。
另外,尽管希格斯在业内声名显赫,但并非一个家喻户晓的人物。他继续教书,过着寻常日子,结婚了,有了两个儿子,过了几年,他与妻子仳离了。但是,他和前妻依然是好朋友,现在都成了很棒的爷爷奶奶。
怀疑希格斯理论的人,一直颇多;到了近几十年,由于原先的杨-米尔斯理论(Yang-Mills)存在严重缺陷,所以人们日益关注“希格斯玻色子”的问题。杨-米尔斯理论,又称规范场理论,是研究自然界四种相互作用(电磁、弱、强、引力)的基本理论,是由物理学家杨振宁和R.L.米尔斯在1954年首先提出来的。在规范场理论中,规范粒子的质量是为对称性所不允许的,但这与实验中得出的结论相抵牾,所以为了解释这种现象,希格斯提出了一种机制,能够利用“对称性破却”来赋予基本粒子质量,同时又不会抵触到规范场论。这机制就是上文提到的“希格斯机制”。
现年83岁的希格斯将毕生的精力都投入了物理学的研究,到现在为止,他的生活中没有电视,也不用电脑,有别人帮他回复电邮,他也很少接电话。他喜欢自己的那些书、那些黑胶唱片,还有那些物理学刊物。只要自己能有一支削好的铅笔,就别无他求了。而且,他本人讨厌抛头露面。早在2012年的诺奖评选中,他的呼声极高,要应对各种采访,有些不堪其扰,所以2012最后公布的名单不是他的时候,希格斯多少有些如释重负。另外,因为自己的工作成就,他还被皇室授予了爵士的称号。经过了这些时间,如今他再得奖,多少有些适应了自己的名人生活。
所以,物理学上的这项突破取名“希格斯玻色子”,也的确恰如其分,要经历很多艰难的时候,要付出极大的努力,才能在科学领取一些成就。希格斯的主要著作《宇宙经纬:何谓空间?》(The Fabric of the Cosmos: What is Space?)。