希格斯玻色子找到了,粒子物理学就告一段落了

时间:2023-11-21 14:19:01

哈伊姆·哈拉里(Haim Harari):以色列大卫森科学教育中心物理学家、教授,魏兹曼科学院前院长,著有《来自暴风之眼的观察》(A View from the Eye of the Storm)。

希格斯玻色子找到了,粒子物理学就告一段落了

据称,人们发现希格斯玻色子以后,粒子物理标准模型的工作就告一段落了,至少在报纸和斯德哥尔摩的公告中都是这么说的。的确,在50年前希格斯玻色子的引入是一个标准模型发展史上的重大事件。但实际上,有些悬而未决的问题已经困扰我们30多年了,而希格斯玻色子对此也是束手无策。

大自然教导我们,万物(其实并不确切,不然暗物质和暗能量又算什么?)是由6种夸克(为什么是6种?)和6种轻子(为什么是6种?)组成的。它们按照明确的模式、精确的方式复制(为什么?)3次(为什么是3次?)。这一大把粒子带有或正或负的电荷,正好是基本单位的0、1、2或3倍,而这个基本单位又正好是电子电荷的1/3(为什么总是这几种电荷,其他的呢?为什么夸克电荷和轻子电荷是相关的?)。大约只需要用到20个自由参数就可以描述粒子物质了。就好像有人举行了一场匪夷所思的宇宙摸彩一样,这些参数彼此无关,数值神秘,差异极大,上下范围大概有10个数量级。

希格斯玻色子描述的机制确实非常诱人:粒子从无到有,获得了质量。但这也带来了问题。为什么质量是这么多?谁规定的?是否宇宙中所有的物质都是从这一把粒子而来的?而每一种粒子的质量都是出于无人知晓的原因随机确定的?我们是否放心将所有的物理学,乃至所有的科学都基于此而建立?

据称,这些神秘的质量反映的是希格斯玻色子耦合夸克和轻子的强度。这就好比有人问一拨人的重量是从哪里来的,我们回答说:让这拨人站在磅秤上,重量就是磅秤上的数字。这并不是一个非常令人满意的解释。标准模型的真正难题和物理学的老问题一样,就是:“然后呢?”在希格斯玻色子之外,一定还有些未知的东西,可以解答暗物质、暗能量、粒子的质量等谜题,也能够揭示其简洁明了、层次分明、有序重复的模式。

希格斯玻色子不是灵丹妙药,除非最终人们发现,希格斯玻色子确实是“上帝粒子”,上帝希望按照自己的意愿来确定粒子的质量。或许,不止有一个上帝,而是存在众多有着不同的数字偏好的神灵。好消息是,标准模型所提供的景观一定是暂时的,还有很多振奋人心的发现在等待着我们。所有物质的基本结构一定可以被解开。但是,毫无疑问,我们并没有“万有理论”,还差得远呢。