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希格斯粒子把标准理论从破绽的深渊中拯救出来

在说明基本粒子的质量这个问题上，为什么要引入希格斯粒子这样一个复杂的概念呢？这是因为，没有希格斯粒子的存在将导致作为粒子物理学基石的标准理论（或者说，标准模型，Standard Model）露出极大的破绽。

这要从稍微远一点的地方说起，先谈谈标准模型。粒子物理学必须能够正确说明基本粒子与基本粒子之间的相互作用，而相互作用就要涉及到力的问题。这里所说的力是指自然界存在的4种基本力（电磁力、弱相互作用力、强相互作用力、引力）。

电磁力是电力和磁力的统称，弱相互作用力是使原子核发生衰变的力，强相互作用力是使质子和中子互相结合在一起的力，而引力是产生重量的力。

在这4种力中，除了引力之外的其他3种力都能够用理论进行非常好的解释。把这些理论统一起来，就称为标准理论。

如果完全接受标准理论，那所有的基本粒子的质量就必须为零，否则理论就根本不可能成立。但实际情况是，大部分基本粒子都有质量，这已经过了实验证明。这样就产生了一个巨大的矛盾，如果这个矛盾无法消除，标准理论就根本不能称为标准。

“存在希格斯粒子”，这样一种想法巧妙地回避了这个矛盾，把标准理论从“深渊”中拯救出来，成为了“救世主”。

正因为有了希格斯粒子，基本粒子就可以像标准理论预言的那样，是没有质量的。在宇宙诞生后不久，空间中就全部充满了希格斯粒子。基本粒子像现在这样能够测量出质量，是因为被希格斯粒子赋予了质量，这样一种“后天”的结果也就不会和标准理论发生冲突了。希格斯粒子名字的来历，是根据20世纪60年代创造这种思想的论文的作者、英国物理学家彼特·希格斯（Peter Higgs，1929〜）博士的名字来命名的。

读者可能会觉得希格斯粒子只是一种权宜之计。但正是由于希格斯场的引入，使得标准理论获得了巨大成功，这是不争的事实。所以大部分物理学家并不怀疑希格斯粒子的存在。至少有1种希格斯粒子，但也有人考虑可能存在不只1种希格斯粒子。

问题的关键是，希格斯粒子一直没有被粒子物理实验发现。而标准理论中出现的基本粒子，除希格斯粒子之外，全部被实验所验证（确认），只剩下希格斯粒子没有被发现。经过物理学家们将近50年的不懈探索，希格斯粒子终于成为标准理论“拼图”上最后的一块。

图：希格斯粒子阻碍其他基本粒子运动的示意图

（本文发表于《科学世界》2012年第4期）