科普｜希格斯玻色子——粒子物理学标准模型“最后一块拼图”

　　新华社北京4月11日电　成功预测希格斯玻色子存在的诺贝尔物理学奖得主、英国科学家彼得·希格斯8日去世，享年94岁。他曾长期工作的英国爱丁堡大学校长彼得·马西森说，希格斯的远见和想象力丰富了我们对世界的认知。他的开创性工作激励了成千上万的科学家，他的科学遗产将继续激励一代又一代后来人。

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　　希格斯玻色子是粒子物理学标准模型所预言的基本粒子中最后一种被证明存在的粒子，因它的预言者希格斯而得名。希格斯玻色子又被称作“上帝粒子”。有关它的预言和证实对物理学发展究竟有何重要意义？

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　　标准模型是粒子物理学领域一种被广泛接受的理论框架，可以描述强力、弱力及电磁力这三种基本力及组成所有物质的基本粒子。根据标准模型，基本粒子分为费米子和玻色子两类。费米子是组成物质的粒子，而玻色子则负责传递各种作用力。

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　　迄今为止，几乎所有对上述三种基本力的实验结果都符合标准模型的预测。但该理论并不完备，长久以来，困扰物理学家的一个关键问题是在标准模型框架下无法解决基本粒子质量来源这一宇宙“终极”问题。

　　1960年，当希格斯在英国爱丁堡大学泰特数学物理研究所获得讲师职位时，正值标准模型诞生时期。1964年，希格斯在一篇论文中提出一种量子场的存在，某些基本粒子因为与该量子场相互作用而获得质量，即希格斯场。他同时预言存在一种能吸引其他粒子进而产生质量的玻色子，即希格斯玻色子，它是希格斯场的量子化激发。事实上，除希格斯外，当年还有另外两组科学家也分别独立提出希格斯机制，但希格斯玻色子的神秘色彩让更多人记住了希格斯的贡献。

　　科学家们用了近半个世纪才寻找到希格斯玻色子的踪迹。2012年7月4日，欧洲核子研究中心宣布，其大型强子对撞机两个实验项目组ATLAS和CMS分别探测到一种新的粒子，具有与科学家们多年以来一直寻找的希格斯玻色子相一致的特性。这是粒子物理学研究中的一件划时代的大事，美国《科学》杂志将其评选为当年十大科学进展之首，并评价说，这项发现将标准模型拼图中的最后一块填充到位。

　　2013年3月14日，欧洲核子研究中心再次就上述实验结果发布公报说，更多数据分析“强有力地表明它就是希格斯玻色子”。当年，希格斯与同样对提出希格斯机制做出贡献的比利时物理学家弗朗索瓦·恩格勒特一起获得诺贝尔物理学奖。

　　从希格斯玻色子首次“现身”以来，欧洲核子研究中心已发表了数百篇关于该粒子的论文，但它的许多属性仍然成谜。2018年8月28日，在发现希格斯玻色子6年后，欧洲核子研究中心宣布终于观测到它衰变为被称为底夸克的基本粒子。

　　据标准模型预测，约60%的时间内希格斯玻色子都会衰变成一对底夸克，也就是6种夸克中第二重的夸克。新的观测结果支持了标准模型对这一“常见衰变”的预测。这一“常见衰变”的捕获被看作探索希格斯玻色子的里程碑。

　　由于希格斯玻色子在粒子物理学理论中的重要地位，1988年诺贝尔物理学奖得主、美国物理学家利昂·莱德曼在其科普著作《上帝粒子：如果宇宙是答案，那么问题是什么？》中将希格斯玻色子称作“上帝粒子”。这一称呼被媒体沿用，并激起了公众对希格斯玻色子的关注和兴趣。

　　莱德曼曾表示，用“上帝粒子”这个名字是为体现希格斯玻色子“在当今物理学中处于极为中心的位置，对我们理解物质的结构极为关键、也极为难以捉摸”。