為什麼大多科學家都會如此痴迷「上帝粒子」它有什麼意義?

早在2012年，歐洲科學家宣布「接近發現」上帝粒子，或可解開萬物質量來源之謎。那麼，究竟為什麼物理學家會如此痴迷「上帝粒子」？它的發現又有何重大意義呢？

高能物理國際會議，是一場被物理學家認為「即使不睡覺也沒問題」的物理大事件。究竟是什麼事情讓科學家們如此瘋狂？毫無疑問，那就是捉弄世人幾十年的「上帝粒子」——希格斯玻色子「接近發現」了！

歐洲核研究組織用一句話震撼了粒子物理學界：「新發現的粒子與長期尋找的希格斯玻色子一致。」提出「上帝粒子」概念的皮特·希格斯本人在發布會現場表現得十分興奮，他熱淚盈眶地說：「在我的生命中竟然發現了如此不可思議的事情！」

基本粒子我們並不陌生，科學家對於基本粒子的定義就是「不能再分為其它組成成分的粒子」。比如電子和夸克，它們都不能再分，所以均為基本粒子。質子由夸克組成，故質子不是基本粒子。在粒子物理學中，標準模型是描述弱力、強力、電磁力三種基本作用力與組成物質的所有基本粒子的理論，雖然它統一了三種基本作用力，但它沒有包括引力這第四種基本作用力，因此它不是最終的統一理論，若想得到統一理論，最佳的候選者大概只有弦論了。

標準模型雖說沒有成為最終的統一理論，但它確實能解釋很多粒子物理學現象，即使發現不符合標準模型預言的現象，也只能說還需要新的理論來補充它，而不是認為標準模型是錯誤的。就如同相對論一樣，相對論預言世界上任何物體運動都不會超過光速，而且在相對論的推導下，將時間倒退到約200億年前，整個宇宙誕生於一個奇點，溫度密度無限大，但空間為零，僅僅是一個零維的點。此時相對論本身已經不成立了，所以我們需要更先進的理論來填補它，而不能說相對論就是錯的。

在現代物理學中，四種基本作用力是藉助基本粒子來進行傳遞的。「光子」用來傳遞電磁力，「引力子」用來傳遞引力，「膠子」用來傳遞強力，「玻色子」用來傳遞弱力。可是描述標準模型的方程中必須假設所有的基本粒子質量為零。但是如果「玻色子」用來傳遞弱力，那它的質量應該很大，不僅是「玻色子」，包括電子、夸克等在實驗中證明都是存在質量的，如果基本粒子沒有質量，那它也不可能存在於我們現今的宇宙。但問題是，這些基本粒子是怎麼獲得質量的呢？英國物理學家希格斯提出了希格斯機制。在此機制中，希格斯場引起電弱相互作用的對稱性自發破缺，並將質量賦予規範玻色子和費米子，也就是說標準模型在遇到這類問題之際同時預言了希格斯場和希格斯粒子的存在。

那希格斯粒子或希格斯場是什麼時候開始存在於宇宙中呢？現代物理理論研究表明，希格斯場從宇宙大爆炸開始就存在了，但是，早期的希格斯場與基本粒子根本不發生作用，直到宇宙誕生後的千億分之一秒，空間發生了「真空相變」的現象，從那時開始，希格斯場開始與基本粒子發生作用並賦予基本粒子質量。由於希格斯粒子是隨希格斯場中能量的集中而出現的，因此不區分希格斯場和希格斯粒子對於基本粒子的作用。至於希格斯粒子是為何賦予基本粒子質量，按照常識，我們會認為希格斯粒子直接把質量給了基本粒子，其實不然，可以想像，十個體重相同的人迎風賽跑，他們每個人發出的力不同，所以有快有慢，作為觀察者的我們會認為跑得快的體重小，跑得慢的體重大，這也正是希格斯場賦予基本粒子質量的機制所在。對於基本粒子與希格斯場相互作用的強弱，我們可以從中獲得各基本粒子不同的質量，比如光子就不與希格斯場發生任何相互作用，所以它的速度依然為光速，靜止質量為零，而對於其他的基本粒子，如電子，就會因為與希格斯場的作用而被賦予質量，它的速度也就從光速降下來，最終無法再次達到光速。

然而，對於希格斯粒子，在此之前我們都只是理論假設，一直沒有實驗證明它的準確性，直到LHC（大型強子對撞機）的建成，才讓這個上帝的使者得以露面。早前就有一些實驗室對尋找希格斯粒子做出過努力，但一直都沒有成功，因為設備性能不佳。直到超高性能的LHC出現才將希格斯粒子探測出來，當然這多虧了LHC上的兩個希格斯粒子探測器ATLAS和CMS。如何探測希格斯粒子則是最關鍵的問題所在，科學家不可能直接探測到希格斯粒子，只能間接探測，原因是希格斯粒子存在的時間極短以至於根本不可能直接探測。由於希格斯粒子可以在高能粒子的碰撞中產生，所以科學家們還是得利用加速器讓粒子簇相互碰撞，以提高它們的碰撞概率，通過觀察它們碰撞後產生的粒子的性質確定是否存在希格斯粒子。

在之前的實驗經驗中，科學家認為希格斯粒子的質量範圍為124Gev～126Gev，假定希格斯粒子的質量在125Gev，那麼它衰變後的粒子將會有十三種模式，科學家利用這些粒子來間接證明希格斯粒子的存在。在LHC實驗中，科學家正是利用希格斯粒子衰變為雙光子或一對Z粒子來間接探測希格斯粒子的，接著利用衰變之後粒子的能量進行疊加，從而反推出希格斯玻色子的質量。但是這其中存在一個問題，比如衰變而生成的雙光子並不一定就是希格斯粒子衰變而成的，所以我們就不能憑空地認為探測到了雙光子的存在即判定找到了希格斯粒子。

因此科學家們採用概率的方法，發現在124Gev～126Gev之間存在雙光子反常現象，也就是希格斯粒子的質量範圍在124Gev～126Gev之間。在此前探測中，ATLAS得出的結是在126Gev質量附近，希格斯粒子存在的概率為99.98%；CMS得出的結論是在124Gev質量附近，希格斯粒子存在的概率為99.5 %。

但是粒子實驗物理學要求使粒子存在的概率達到99.9999%才算真正發現新粒子。所以，LHC沒能得出「找到希格斯粒子「的結論。今年LHC的兩大探測器的數據顯示希格斯玻色子信號的可信度接近4-sigma。結合兩次實驗的結果，其可信度將接近5-sigma。因此，在這次大會中，實驗物理學家終於可以有十足的把握宣布：我們找到了希格斯玻色子！

也許有人會問，找到了希格斯粒子意味著什麼？對標準模型來說，如果沒有希格斯粒子的存在，那麼整個標準模型都將垮臺，所有事情似乎都將「說不過去」，這樣我們就會需要新理論來替代標準模型，科學家們可不想再這樣被「玩」下去了。而對所有的基本粒子來說，找到了希格斯粒子就像失蹤的小孩找到了母親一樣，因為是它賦予了整個宇宙生機，賦予了宇宙活力。