上帝粒子 诺贝尔奖(上帝粒子的发现带给我们的思考)
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得知自己获得诺贝尔奖的那天,他不激动也不兴奋。
相反,我选择逃离我的城市,搬到人口稀少的农村。
然后他说:“这样就没人能打扰我了。”
英国物理学家彼得希格斯做到了这一点。
很多人还记得他“他赢了霍金的赌注”、“等了48年的玻色子终于被证实了”、“以光速获得了诺贝尔奖”。
甚至颠覆了整个物理世界的认知。
但鲜为人知的是,希格斯还是一个极度社交恐惧的人。
10年前的7月4日,CERN宣布正式发现“上帝粒子”(希格斯玻色子)。
这也迫使希格斯站在了聚光灯下。
当面对蜂拥而至的记者和连续不断的提问时,希格斯显得特别害羞和尴尬:
记者:你觉得提出的理论像科幻小说吗?
希格斯:如果你这么想,那就这么想吧。
记者:这个发现有什么意义?能促进世界的发展吗?
希格斯:我不知道。
更具戏剧性的是,当希格斯回到爱丁堡,记者要求他在发布会上从幕布中露出头来,然后就出现了这一幕…
记者本意是想表达“希格斯(玻色子)露头”,但从现在来看,也极其符合希格斯的社交恐惧。
“上帝粒子”让希格斯名声大噪,但他感觉很不好。
在与相识40年的粒子物理学家弗朗西斯埃德温克洛斯的一次采访中,他说:
玻色子的发现毁了我的一生。
希格斯认为他的工作风格是独立的,偶尔会有好主意的那种。
在克洛斯看来,希格斯就像他发现的粒子一样难以捉摸。
所以他把自己关于希格斯及其理论的新书命名为:《难以捉摸:彼得希格斯如何解开质量之谜》(难以捉摸:彼得希格斯如何解开质量之谜)。
……
也许,社交恐惧、难以捉摸、孤僻才是聚光灯下最真实的希格斯。
论文被拒绝了,被转给了竞争对手的杂志:他们不懂。
1925年5月29日,希格斯出生在英格兰泰恩河畔的纽卡斯尔。
他17岁进入伦敦城市中学,主修数学;后来,他获得了伦敦大学国王学院的物理学学位,并成为爱丁堡大学的研究员。
(此后,他在其他大学工作,1960年回到爱丁堡大学担任讲师。)
希格斯在爱丁堡大学时对“质量”产生了兴趣。
经过深入研究,希格斯提出了这样一个观点:
当大爆炸第一次发生时,粒子没有质量。但不到一秒钟后,他们得到了质量。这是他们在一个领域里相互作用的结果。
而这个“场”就是后来著名的希格斯场,它反过来预言了希格斯玻色子的存在。
然而,即使是这样具有“划时代”意义的研究,如今也经历了“退稿”的悲剧。
1964年,希格斯在前人研究的基础上写了两篇论文,每篇只有两页,发给《物理快报》(《物理学快报》)。
然而,该杂志只收到了一篇论文,第二篇论文被著名物理学家南部阳一郎拒绝,理由是“这一理论的物理意义需要解释”。
希格斯补充了这一部分后,将被拒绝的论文转给了《对手》杂志—— 《物理评论快报》(《物理评论快报》)。
结果,我赢了!
这成为希格斯玻色子思想的第一次公开发表。
当时,希格斯对手稿被拒绝感到不安。此后,在许多演讲中,他说:
嗯,我觉得他们根本没理解。
其实“看不懂”已经持续很久了。
以至于英国的科学大臣不能举办一场比赛来寻找用最流行的“人类语言”解释理论的方法。
即便如此,希格斯玻色子并没有引起很多人的关注。
恐惧希格斯:“上帝粒子”毁了我的生活
1993年,诺贝尔奖得主(1988年)利昂莱德曼有所行动。
他专门写了一本书来解释这个理论,书名是《上帝诅咒的粒子》。
但杂志编辑为了更有噱头,把书名改成了《上帝粒子》(上帝的粒子)。
果不其然,有了书名,“上帝粒子”的概念迅速传播开来。
但这惹恼了希格斯本人,因为希格斯是无神论者。
而且他谦虚低调,所以之前不接受用自己的名字命名相关理论和粒子。
用希格斯自己的话说,“我不配。”
他曾多次表示,这个机制应该被称为“ABEGHHtH机制”,因为他认为有八位研究人员对这个理论做出了贡献。
但“上帝粒子”让他更加无法接受,他不得不面对以自己的名字命名自己的事情。
然而后来,当有人在他面前提到“希格斯玻色子”时,他还是忍不住打了个寒颤。
而“上帝粒子”给希格斯带来的麻烦不仅仅是命名这个——。
2012年,CERN在瑞士日内瓦召开新闻发布会,宣布发现与希格斯玻色子具有相同特征的新粒子。
消息一出,犹如一颗重磅炸弹落在科学界。
一向低调内敛的希格斯,在发布会上只是坐在角落里,拿出自己的白手帕,轻轻擦着眼泪:
这印证了我48年前的猜想。没想到有生之年能看到这一切。
事后,与希格斯赌了一把的霍金公开向他下了100美元的赌注,诺贝尔奖也随之而来。
然而,正是这些接连不断的辉煌,让一直深居简出的希格斯一下子走到了聚光灯下,给他惹了不少麻烦。
于是,上面提到的那些事情就发生了。
在得知自己获得诺贝尔奖的那一天,希格斯迅速离开了爱丁堡的家,搬到了一个乡村庄园。
这样就没人会打扰我了。
毕竟,在希格斯玻色子被正式发现之前,这位83岁(2012年)的父亲还独自生活在爱丁堡。
家里没有电视和电脑,他甚至很少打电话;他与外界交流的主要方式只是看几本物理杂志。
甚至在别人的印象中,他是那种见陌生人就害羞的人。
不难理解为什么“上帝粒子”会给希格斯带来麻烦。
以至于他在采访中留下了这样一句话:
粒子的发现毁了我的一生。
生活中的希格斯:习惯孤独
生活中,希格斯习惯了独来独往。
他童年的大部分时间都是在家里母亲的指导下度过的;他的父亲是BBC的电台工程师,基本上和他们分开住。
他前半生的主题基本可以概括为:追求不时髦的东西。
甚至在他才二十多岁的时候,就被贴上了老顽固的标签。
因为他选择了一个几乎被同时代人抛弃的物理学分支,别人都认为它没有前途。
至于如何对待女生,年轻的希格斯几乎“一无所知”。
他在伦敦大学国王学院的终身朋友、英国物理学家迈克尔费希尔后来回忆说:
每当他们开车环游欧洲度假时,他都会把女朋友介绍给希格斯。不幸的是,希格斯从未成功过.
迈克尔费舍尔
当时希格斯与浪漫隔绝的形象深入人心。
以至于后来他向理想主义的美国语言学家乔迪威廉姆森求婚时,让所有人都震惊了。
当迈克尔费舍尔在国王学院得到他梦想中的工作时,希格斯去了爱丁堡大学。
希格斯在爱丁堡大学员工俱乐部的一次会议上遇见了乔迪威廉姆森。
他们于1962年至1963年间结婚。
1965年的一天,正在工作的希格斯接到电话:他的妻子生下了他们的第一个孩子。
巧合的是,希格斯那天写的论文是关于宇宙诞生的一个关键时刻。
在科学研究中,自1964年希格斯写下第一篇关于希格斯玻色子的论文以来,他已经被泼了很多次冷水。
然而,他最终还是收到了在哈佛大学演讲的邀请,而这一次,台下的其他物理学家终于没有攻击他的观点。
当他1966年回到爱丁堡时,他已经有了一定的国际声誉。
另一方面,他的婚姻家庭开始出现问题。
他的妻子在1969年生下他们的第二个儿子,几年后提出离婚。
离婚非但没有让希格斯更加努力,反而让他失去了支撑自己研究的精神支柱。
后来,希格斯决定放弃对荣誉的追求,更多地投身于教学。
他的前妻乔迪留在了爱丁堡。他们还是朋友,一起履行父母和爷爷奶奶的职责。
虽然“上帝粒子”的发现给希格斯的生活带来了不便,但同时,这也足以证明希格斯玻色子被发现有多么重要。
为什么希格斯玻色子如此重要?
我们来谈谈希格斯玻色子。
2013年,诺贝尔奖官方给了希格斯以下理由:
他首先在理论上发现了希格斯玻色子的机制,最近实验证实了这种粒子的存在。
那么,为什么希格斯玻色子如此重要,为什么科学家可以凭借它获得诺贝尔物理学奖?
要回答这个问题,我们先来了解量子世界和粒子是如何相互作用的。
1964年,当希格斯首次提出希格斯玻色子时,物理学家致力于使用一种称为量子场论(Quantum Field Theory,QFT)的理论框架来描述弱力。
当时量子场论已经形成了量子电磁学的基础,是对电磁相互作用非常成功的描述。
然而,由于一个基本问题,量子场论无法应用于弱相互作用:该理论不允许粒子具有质量。
具体来说,W和Z玻色子的弱力载体必须是无质量的,否则,量子场论的一个基本对称性将被打破,理论将失败。
这就产生了一个Bug——,因为弱力载体必须有质量才能与极小范围的弱相互作用相一致。
希格斯机制已经找到了解决这个问题的方法。
希格斯机制,可以简单描述为:
当宇宙诞生时,希格斯场充满了不稳定但对称的粒子。
大爆炸后不到一秒,场中出现了一个稳定的组态,但它打破了原有的对称性。
在这个组态中,理论方程式仍然是对称的,但是希格斯场的对称性破缺产生了W和Z玻色子的质量。
此外,后来的研究发现,其他基本粒子也可以通过与希格斯场的相互作用获得质量。
希格斯玻色子是希格斯场的基本粒子。它没有电荷和色电荷,极不稳定,产生后会立即衰变。
这种粒子被证明对揭开物质质量起源之谜具有重要意义。
自2013年希格斯本人因希格斯玻色子获得诺贝尔奖以来,该领域的研究一直在蓬勃发展。
在希格斯玻色子发现十周年之际,《自然》杂志分享了科学家们从那时起学到了什么,以及他们希望继续探索的内容。
欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机(LHC)即将进入第三运行阶段。此外,科学家已经开始准备从2030年开始对LHC进行第四次操作,以探索更多未解之谜。
在此,让我们和大自然一起祝希格斯玻色子10岁生日快乐!
最后,分享一下《泰晤士报》对希格斯玻色子的评论:
以希格斯命名这种粒子是恰当的。它难以捉摸,渺小,却有改变世界的力量。
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