2012年7月4日，瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心（CERN）宣布发现新亚原子粒子，疑似“上帝粒子”。至此科学家们对这种赋予其他粒子以质量的神秘粒子的探寻，终于达到了顶点，他们深信“上帝粒子”的存在，找到它只是时间的问题。但对于解开“上帝粒子”的神秘面纱，物理学家仍然在孜孜不倦地探索着。到底什么是“上帝粒子”？它对物理学的进展有什么重要性？为什么在实验中很难找到它的踪影呢？本文将逐一阐述。

一、希格斯粒子的提出者

提到“上帝粒子”，不得不提到英国物理学家彼得-希格斯，他出生于英格兰泰恩河畔纽塞，以提出“希格斯机制”与“希格斯玻色子”而闻名于世。而“上帝粒子”是1988年诺贝尔物理学奖获得者莱德曼对希格斯粒子的别称。

二、希格斯玻色子——“上帝粒子”

1.希格斯粒子的理论概述

（1）什么是希格斯玻色子？

希格斯粒子是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子（具有整数倍的自旋量子数），所以也叫希格斯玻色子。它被认为是物质的质量之源。根据量子场论，所有的粒子都是分布在全空间的场。场的最低能量状态叫“真空态”，随着能量的提高出现场的单粒子态、双粒子态、三粒子态等。而这个“真空态”并不是一无所有，因为场的最低能量并不为零。而我们所在的宇宙空间中充满了希格斯场，这种量子场可以解释为什么夸克和电子之类的基本粒子带有质量而希格斯玻色子则是相对于基态的希格斯场激发态。希格斯场与其他所有基本粒子的场都不同的是，它在宇宙诞生那一刻，真空态经历了瞬间的破缺，变成现在这个样子。正是这个瞬间破缺给了每一种基本粒子静质量（光子和胶子除外）。

（2）标准模型与希格斯粒子

标准模型是一套描述强相互作用、弱相互作用以及电磁相互作用这三种基本相互作用及组成所有物质的基本粒子的理论。它把基本粒子分为三类：夸克、轻子与玻色子。标准模型被物理学家们寄予很高期望，是通往终极的一个理论。然而它自身有两个很重要的缺陷：（1）标准模型中包含了过多的参数；（2）该理论中没有描述重力，即其无法解释物质质量的来源，因此标准模型所预言的希格斯粒子始终未能在实验中发现。莱德曼曾对希格斯粒子忧心忡忡，认为它是一个阻止我们获得终极知识的“大坏蛋”。

在粒子物理学的标准模型中，总共预言了62种基本粒子，其中61种都已被验证，唯独希格斯玻色子始终游离在物理学家的视野之外。找到这种粒子，就找到了建筑粒子物理学经典理论大厦的最后一块基石，如证明它不存在，整座大厦就要被推倒重建。根据标准模型，希格斯玻色子预计是存在的。物理学家们相信，希格斯玻色子赋予了所有其他粒子质量，在宇宙大爆炸后对宇宙的形成起着决定性作用。然而长期以来，那些相信希格斯玻色子能够解释为什么物体有质量的物理学家们都无法找到希格斯玻色子。费米实验室质子—反质子对撞机（Tevatron）以及欧洲大型强子对撞机（LHC）等大型核粒子加速器都在不断地寻找着希格斯玻色子和其他亚原子物质。无疑最近的发现对继续寻找希格斯粒子是一个巨大的突破。

2.寻找希格斯玻色子的意义

为什么希格斯玻色子如此重要？主要有两个原因：（1）它是标准模型中唯一还没有被发现的粒子，因为它的质量最大，以前加速器的能量都无法把它轰出来，只有LHC可以。（2）和电子、光子等我们耳熟能详的基本粒子不同，它是个奉献者，是其他粒子静质量的来源。如果没有希格斯玻色子，世界会变成什么样？那样的世界里，由于没有静质量（如同光子），所有的基本粒子都是以光速在运动。由于基本粒子间传递相互作用的速度就是光速，于是意味着难以存在由夸克形成的稳定原子核。而电子若静质量为零，更意味着不可能形成原子、分子。这样，宇宙中便不会出现各式各样的星球，更不会出现生命。

3.希格斯粒子为什么萍踪难寻？

要研究希格斯场，最直接的办法就是用高能粒子互相轰击来产生希格斯粒子。把质子加速到接近光速来对撞。由于产生希格斯粒子的概率非常低，而希格斯粒子的理论寿命又极短，即它是不稳定的，会迅速衰变为更加稳定、质量更小的粒子，所以它不能被直接观测到，只能通过分析它衰变的产物来间接探测它的存在以及研究它的性质。在分析过程中，希格斯粒子是否存在，可以从数据图形的峰值中体现出来。然而，即便科学家们发现了这样的峰值，他们也不能就此宣布发现了希格斯粒子，只有他们确认这一信号是统计误差的概率低于百万分之一时才能比较有把握地宣布发现的结果。

参考文献

[1]江东向.什么是希格斯粒[J].物理教学，1997（19）.

[2]梁剑.希格斯与他的“上帝粒子”[J].现代物理知识，1999（21）.

[3]方宇宁.希格斯玻色子的发现及其科学意义[J].世界科学，2012（8）.

（责任编辑黄春香）