基础物理学的希格斯噩梦

时间:2023-11-19 02:19:03

彼得·沃伊特(Peter Woit):哥伦比亚大学数学物理学家,著有《甚至没有错:弦理论的失败以及对物理定律统一的探索》(Not Even Wrong:The Failure of String Theory and the Search for Unity in Physical Law)。

基础物理学的希格斯噩梦

在20世纪,有关物质世界在最基本层面上如何运转的理论探索,从一个成功走向另一个成功。在其最初的几年,涌现出了革命性的新思想,包括狭义相对论和量子理论,在随后采用这些新思想的几十年历程中,我们的洞察力有了跨越式的发展。到20世纪70年代中期,今天我们称之为标准模型(Standard Model)的所有要素都已完备,而在那个世纪的最后几十年,主要是用没完没了的实验结果来证实这个理论的预言。到20世纪末,我们被置于一个尴尬的境地:标准模型不能完全令人满意,它遗留下各种各样的重要问题没有回答,但也没有与此相悖的实验结果。物理学家对如何进行下去也鲜有头绪。

大型强子对撞机本应提供这个问题的答案。它能够产生希格斯玻色子,促进标准模型的关键部分研究,这些关键部分从未被测试过且不太令人满意。针对“超标准模型”物理学,有一系列略显投机的、可信度不高的方案,许诺会有重大发现——在大型强子对撞机可以提供的能级范围内。

来自大型强子对撞机的结果已经传来,而且它们带来了令人不安的暗示。不出所料,那些方案许诺的“超标准模型”粒子一个都没有露面。其实,更让人担忧的是大型强子对撞机的成功:希格斯玻色子的发现。在充满不确定性的实验里,我们最终看到了希格斯玻色子,而且它们的表现与标准模型的预言一致。物理学家现在面对的是一种尴尬的概率,不相信会发生的事情真的发生了——发现了标准模型希格斯玻色子的大型强子对撞机会成为各种计划的“梦魇”,使得其他关于标准模型的研究计划都一无所获。

对实验者来说,留下的是去路不明。大型强子对撞机事例是明显的:它的技术是可行的,希格斯玻色子或许还有其他东西不得不待在那里,等它去发现。升高到较高的能级是极其困难的,但是,现在没有合适的理由期待发现任何特别的新东西。为详尽研究希格斯而设计的一个低能级的“希格斯工厂”(Higgs Factory)专用机器可能是一个最好的可选项。从长远来看,我们可能需要技术突破,来实现在较高能级和可支付的成本范围内进行物理学研究。

原则上,理论家不受技术强加限制的影响,但是他们要面对这样的挑战:既要处理数十年揣测性工作前所未有的溃败,又无法从寻求新思路的实验中得到帮助。该领域的社会学结构不足以处理这个局面。面对困难的问题,已经开始出现退缩与放弃的迹象,很多人越来越陷入什么事情都不愿做的宿命论中。争论正在发酵,因为随机波动,我们生活在一个可能性的“多元宇宙”的一个角落里,没有希望来回答有关为什么这些事物就该如此的基本问题。

这些担心在某种意义上仅仅出自科学家小圈子里的一些人,但是我认为它们有很广泛的影响。在几个世纪的伟大进步之后,我们对生活其中的这个宇宙的理解正在进一步深化,一个新时代正在到来。随着人类文明的一个重要方面,不断被陌生的、令人不安的停滞所纠缠,智识进步会逐渐变成一种久远的记忆吗?不幸的是,这似乎正在成为值得担心的事情。