互动科普

物理学界被一股兴奋的情绪包围着。有的物理学家甚至说：“即使不睡觉也没问题。”对物理学家而言，目前这种情况太令人振奋了。

振奋的原因正是希格斯粒子。尽管大多数物理学家认为作为理论预言的基本粒子之一的希格斯粒子真实存在，但是一直以来它都没有被实验发现过。这也是一直困扰着物理学家们的一个问题。

2011年12月，欧洲核子研究中心（CERN）报告了有关希格斯粒子探测方面的重要消息。CERN是一个国际研究组织，目前主导大型强子对撞机（LHC：Large Hadron Collider）的运行，主要目的之一是发现希格斯粒子。

图：在LHC上进行的实验，可能生成希格斯粒子的反应示意图

令人颇感兴趣的暗示

在CERN发表的报告中，有下面的一段话：“（本次发表的）主要结论是，如果认为标准理论预言的希格斯粒子确实存在，它的质量范围应该落在116〜130GeV（ATLAS实验），115〜127GeV（CMS实验）之内。从两组实验的结果来看是颇令人感兴趣的暗示。虽然（两组结果）给出了同样的质量范围，但还不足以确认发现了希格斯粒子。”

只是读了这样的报告，物理学家们在“不睡觉也没问题”的兴奋之余，说不定也无法立刻明白。文中多次使用了标准理论、希格斯粒子、（基本粒子的）质量和GeV等术语。本文将对它们进行浅显易懂的解说。

希格斯粒子的特殊角色

希格斯粒子是基本粒子之一，我们首先从“什么是基本粒子”出发进行解释。

简单地说，基本粒子就是“无法对其进行进一步分割的最小的粒子”。比如，眼前有个苹果，这个苹果是由无数的原子组成的。但是，原子可以被分解为原子核和电子。所以原子不是基本粒子。原子核则可以被分解为质子和中子，所以原子核也不是基本粒子。此外，质子和中子，还可以被分解为夸克，所以质子、中子也不是基本粒子。目前，夸克（被认为）是无法再被分割的。因而夸克是基本粒子。顺便提及，电子也是基本粒子。

基本粒子可以分成几种不同的类型。一类是夸克、电子等用来构成物质的基本粒子，被称作费米子；一类是用来“传播力的相互作用”的基本粒子。研究基本粒子的物理学即粒子物理学认为，像重力和电磁力等力可以看作是一种基本粒子传播的过程。传播力的基本粒子，通常被称作玻色子。

接下来是希格斯粒子，它既不同于构成物质世界的费米子，也不同于作为力的媒介的玻色子，而是第三类基本粒子。希格斯粒子扮演的角色非常特别，它专门用于“赋予其他基本粒子以质量”。所以，它也被称作上帝粒子。

“紧紧缠住”其他基本粒子，阻碍它们运动

“赋予其他基本粒子以质量”到底是怎么回事呢？“质量”这个概念是用来衡量“改变物体运动状态难易程度”的物理量。比如，保龄球质量很大，难以改变它的运动状态，相比之下，乒乓球的质量很小，运动状态很容易被改变。小很多的基本粒子也是有质量的，而造成这些质量的正是希格斯粒子的贡献。

希格斯粒子究竟有着怎样的构造而可以用来生成质量呢？

实际上，可以认为从我们身边到宇宙深处，空间中到处都存在着希格斯粒子。在空间里运行的基本粒子会被希格斯粒子“紧紧地缠住”，因而受到某种阻碍。打个比方，这有点像我们在水中行走时，水会阻碍我们前进，使行走变得困难。同样的道理，可以认为希格斯粒子对其他基本粒子也做着同样的事情，使运动变得困难（也就是赋予了质量）。

（本文发表于《科学世界》2012年第4期）