早在2012年，歐洲科學(xué)家宣布“接近發(fā)現(xiàn)”上帝粒子，或可解開萬物質(zhì)量來源之謎。那么，究竟為什么物理學(xué)家會(huì)如此癡迷“上帝粒子”？它的發(fā)現(xiàn)又有何重大意義呢？

高能物理國際會(huì)議，是一場被物理學(xué)家認(rèn)為“即使不睡覺也沒問題”的物理大事件。究竟是什么事情讓科學(xué)家們?nèi)绱睡偪瘢亢翢o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(fā)現(xiàn)”了！

歐洲核研究組織用一句話震撼了粒子物理學(xué)界：“新發(fā)現(xiàn)的粒子與長期尋找的希格斯玻色子一致?！碧岢觥吧系哿Ｗ印备拍畹钠ぬ亍は８袼贡救嗽诎l(fā)布會(huì)現(xiàn)場表現(xiàn)得十分興奮，他熱淚盈眶地說：“在我的生命中竟然發(fā)現(xiàn)了如此不可思議的事情！”

基本粒子我們并不陌生，科學(xué)家對于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(zhì)子由夸克組成，故質(zhì)子不是基本粒子。在粒子物理學(xué)中，標(biāo)準(zhǔn)模型是描述弱力、強(qiáng)力、電磁力三種基本作用力與組成物質(zhì)的所有基本粒子的理論，雖然它統(tǒng)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(tǒng)一理論，若想得到統(tǒng)一理論，最佳的候選者大概只有弦論了。

標(biāo)準(zhǔn)模型雖說沒有成為最終的統(tǒng)一理論，但它確實(shí)能解釋很多粒子物理學(xué)現(xiàn)象，即使發(fā)現(xiàn)不符合標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的現(xiàn)象，也只能說還需要新的理論來補(bǔ)充它，而不是認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)模型是錯(cuò)誤的。就如同相對論一樣，相對論預(yù)言世界上任何物體運(yùn)動(dòng)都不會(huì)超過光速，而且在相對論的推導(dǎo)下，將時(shí)間倒退到約200億年前，整個(gè)宇宙誕生于一個(gè)奇點(diǎn)，溫度密度無限大，但空間為零，僅僅是一個(gè)零維的點(diǎn)。此時(shí)相對論本身已經(jīng)不成立了，所以我們需要更先進(jìn)的理論來填補(bǔ)它，而不能說相對論就是錯(cuò)的。

在現(xiàn)代物理學(xué)中，四種基本作用力是借助基本粒子來進(jìn)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(qiáng)力，“玻色子”用來傳遞弱力。可是描述標(biāo)準(zhǔn)模型的方程中必須假設(shè)所有的基本粒子質(zhì)量為零。但是如果“玻色子”用來傳遞弱力，那它的質(zhì)量應(yīng)該很大，不僅是“玻色子”，包括電子、夸克等在實(shí)驗(yàn)中證明都是存在質(zhì)量的，如果基本粒子沒有質(zhì)量，那它也不可能存在于我們現(xiàn)今的宇宙。但問題是，這些基本粒子是怎么獲得質(zhì)量的呢？英國物理學(xué)家希格斯提出了希格斯機(jī)制。在此機(jī)制中，希格斯場引起電弱相互作用的對稱性自發(fā)破缺，并將質(zhì)量賦予規(guī)范玻色子和費(fèi)米子，也就是說標(biāo)準(zhǔn)模型在遇到這類問題之際同時(shí)預(yù)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么時(shí)候開始存在于宇宙中呢？現(xiàn)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(fā)生作用，直到宇宙誕生后的千億分之一秒，空間發(fā)生了“真空相變”的現(xiàn)象，從那時(shí)開始，希格斯場開始與基本粒子發(fā)生作用并賦予基本粒子質(zhì)量。由于希格斯粒子是隨希格斯場中能量的集中而出現(xiàn)的，因此不區(qū)分希格斯場和希格斯粒子對于基本粒子的作用。至于希格斯粒子是為何賦予基本粒子質(zhì)量，按照常識(shí)，我們會(huì)認(rèn)為希格斯粒子直接把質(zhì)量給了基本粒子，其實(shí)不然，可以想象，十個(gè)體重相同的人迎風(fēng)賽跑，他們每個(gè)人發(fā)出的力不同，所以有快有慢，作為觀察者的我們會(huì)認(rèn)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(zhì)量的機(jī)制所在。對于基本粒子與希格斯場相互作用的強(qiáng)弱，我們可以從中獲得各基本粒子不同的質(zhì)量，比如光子就不與希格斯場發(fā)生任何相互作用，所以它的速度依然為光速，靜止質(zhì)量為零，而對于其他的基本粒子，如電子，就會(huì)因?yàn)榕c希格斯場的作用而被賦予質(zhì)量，它的速度也就從光速降下來，最終無法再次達(dá)到光速。

然而，對于希格斯粒子，在此之前我們都只是理論假設(shè)，一直沒有實(shí)驗(yàn)證明它的準(zhǔn)確性，直到LHC（大型強(qiáng)子對撞機(jī)）的建成，才讓這個(gè)上帝的使者得以露面。早前就有一些實(shí)驗(yàn)室對尋找希格斯粒子做出過努力，但一直都沒有成功，因?yàn)樵O(shè)備性能不佳。直到超高性能的LHC出現(xiàn)才將希格斯粒子探測出來，當(dāng)然這多虧了LHC上的兩個(gè)希格斯粒子探測器ATLAS和CMS。如何探測希格斯粒子則是最關(guān)鍵的問題所在，科學(xué)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(shí)間極短以至于根本不可能直接探測。由于希格斯粒子可以在高能粒子的碰撞中產(chǎn)生，所以科學(xué)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，通過觀察它們碰撞后產(chǎn)生的粒子的性質(zhì)確定是否存在希格斯粒子。

在之前的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)中，科學(xué)家認(rèn)為希格斯粒子的質(zhì)量范圍為124Gev～126Gev，假定希格斯粒子的質(zhì)量在125Gev，那么它衰變后的粒子將會(huì)有十三種模式，科學(xué)家利用這些粒子來間接證明希格斯粒子的存在。在LHC實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家正是利用希格斯粒子衰變?yōu)殡p光子或一對Z粒子來間接探測希格斯粒子的，接著利用衰變之后粒子的能量進(jìn)行疊加，從而反推出希格斯玻色子的質(zhì)量。但是這其中存在一個(gè)問題，比如衰變而生成的雙光子并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(rèn)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(xué)家們采用概率的方法，發(fā)現(xiàn)在124Gev～126Gev之間存在雙光子反?，F(xiàn)象，也就是希格斯粒子的質(zhì)量范圍在124Gev～126Gev之間。在此前探測中，ATLAS得出的結(jié)是在126Gev質(zhì)量附近，希格斯粒子存在的概率為99.98%；CMS得出的結(jié)論是在124Gev質(zhì)量附近，希格斯粒子存在的概率為99.5 %。

但是粒子實(shí)驗(yàn)物理學(xué)要求使粒子存在的概率達(dá)到99.9999%才算真正發(fā)現(xiàn)新粒子。所以，LHC沒能得出“找到希格斯粒子“的結(jié)論。今年LHC的兩大探測器的數(shù)據(jù)顯示希格斯玻色子信號(hào)的可信度接近4-sigma。結(jié)合兩次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，其可信度將接近5-sigma。因此，在這次大會(huì)中，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家終于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(huì)問，找到了希格斯粒子意味著什么？對標(biāo)準(zhǔn)模型來說，如果沒有希格斯粒子的存在，那么整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型都將垮臺(tái)，所有事情似乎都將“說不過去”，這樣我們就會(huì)需要新理論來替代標(biāo)準(zhǔn)模型，科學(xué)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?yàn)槭撬x予了整個(gè)宇宙生機(jī)，賦予了宇宙活力。