目断天涯巴别塔

1983年1月26日，纽约第六大道的希尔顿饭店，美国物理学会的冬季会议正在举行。意大利物理学家卢比亚（Carlo Rubbia，1984年获得诺贝尔物理学奖）在会上宣称：在100万个记录事件的照片中，有6张照片无可置疑地显示W粒子的特征。与会的物理学家明白了：“卢比亚他们在CERN（欧洲核子研究中心）真的发现了W粒子！” 物理学家派斯（A.Pais）出席了那次会议，后来他在InwardBound一书中写道：当我沿着灯火辉煌的57街往回走时，黄昏降临，有些冷，但空气新鲜而清爽。我不断地思索着实验物理学和理论物理学两者的内容和风格在我经历的这一时期里是如何变化的。W粒子的发现确实意味着我们又一次来到分水岭。到家后我走向书桌，脑子里塞满了有关物质认识的历史章节和片断。突然我知道如何开篇了。我坐下来写道：“1895年11月8日下午……” 当我看完莱德曼（L.Lederman，1988年获得诺贝尔物理学奖）和泰雷西（D.Teresi）合著的《上帝粒子：假如宇宙是答案，究竟什么是问题？》一书以后，我像派斯一样，对1983年1月印象极为深刻。我还想起了1899年。为什么呢？因为在1899年，J.J.汤姆逊（J.J.Thomson，1906年获得诺贝尔物理学奖）发现了第一个粒子──电子，而在84年后的1983年，粒子物理学家发现了W粒子。电子的发现拉开了粒子物理学的大幕，而W粒子的发现表明粒子物理学进入了一个新的阶段。 J.J.汤姆逊发现电子之前几乎没有任何理论的预期；它的发现，说明新的实验设备可以导致物理学出现新的进展。接下来物理学家又陆续发现了光子、质子、中子、正电子和中微子……等等。虽然这些发现各有特色，发现过程也彼此不完全相同，但是从本质上都如莱德曼所说，离不开“提出一种新的粒子来解释实验观察到的现象”这一老的套路。为什么说“W粒子的发现确实意味着我们又一次来到分水岭”呢？这是因为从1954年杨振宁提出规范场理论，以及希格斯在20世纪60年代提出对称自发破缺以后，人们对于粒子物理学研究的方法和风格与以前大不相同。规范理论太复杂，这儿只能以最简洁的方式陈述其中的要义。正如莱德曼所说：“规范理论表述了自然的对称性。”由规范对称我们可以确定相互作用以及相互作用中的粒子（包括“信使粒子”）。规范粒子就是信使粒子。但是规范粒子只能预言质量为零的粒子的存在。而弱相互作用是短程力，所以其中的规范粒子质量不但不能为零，而且质量比较大。正因为这一原因，规范场盎闲置了近20年。后来，英国物理学家希格斯（P.W.Higgs）提出了“希格斯机制”，解决了规范粒子的质量问题。希格斯机制大意是，存在一种希格斯场，希格斯场的规范粒子是希格斯粒子（Higgsparticle，现在称为希格斯玻色子Higgson），希格斯机制就是其他规范粒子在“吃掉”希格斯粒子以后，这个规范粒子由此有了质量。有了以上理论，莱德曼才能够说：“现在的物理学家不再像以前那样，提出一种新的粒子来解释实验观察到的现象，而是寻找一种对称性来预言这种现象。”也就是可以预言所需要的粒子。当物理学家把规范场理论应用到电弱（统一的）相互作用上的时候，规范场理论预言在电弱相互作用中应该有4个规范粒子：光子，W 粒子，W-粒子和Z0粒子。光子没有静止质量我们早已经知道，其他3个粒子的规范粒子质量在希格斯机制作用下不为零，而且预言其质量比起电子的质量（4.3eV）大得多。但是，想要寻找这三种粒子却很不容易，大费周折。如果真的找到了这3种粒子，那无疑是规范理论的伟大胜利。Z0粒子在1973年基本上为物理学界承认（但是到1983年才正式确定其质量）；剩下的是W粒子。所以全世界科学家无不关注寻找W粒子的激动人心的实验。1983年1月26日，人们终于盼来了这一天，鲁比亚宣称，他们的实验小组找到了W粒子！现在，读者一定明白W粒子发现的深刻含义了吧？莱德曼在《上帝粒子》中说：“有了W和Z0粒子的发现，并且证实它们的质量与预期的相符，电弱理论就无懈可击了。” 莱德曼写《上帝粒子》一书时，顶夸克还没有找到，不过他似乎并不担心这件事情，他相信找到顶夸克不是问题。果然，2年之后的1995年3月2日，正当早春二月之时，美国费米实验室向全世界宣告：他们找到了顶夸克！顶夸克的质量与预期的差不多。至此，规范场理论取得了真正伟大的胜利。到目前为止，在所谓标准模型中，粒子世界中的61种粒子只有希格斯粒子没有找到，其他60种都已被实验证实。人们为了寻找希格斯粒子，付出了大量的金钱和巨大的努力。莱德曼所说的“上帝粒子”，指的就是希格斯粒子；对希格斯粒子他恐怕真正有一些担心，在书中他忧心忡忡地说，希格斯粒子也许是“一个无所不在的幽灵一样的大坏蛋，正在阻止我们理解物质的真正本质。就好像有某种东西，或某个人，想阻止我们获得终极知识”。于是莱德曼用古老的“巴别塔故事”，比喻这个有邪恶魔力的“希格斯粒子”正在阻止物理学家建立通天的“巴别塔”。

1983年1月26日，纽约第六大道的希尔顿饭店，美国物理学会的冬季会议正在举行。意大利物理学家卢比亚（Carlo Rubbia，1984年获得诺贝尔物理学奖）在会上宣称：在100万个记录事件的照片中，有6张照片无可置疑地显示W粒子的特征。与会的物理学家明白了：“卢比亚他们在CERN（欧洲核子研究中心）真的发现了W粒子！”
物理学家派斯（A.Pais）出席了那次会议，后来他在InwardBound一书中写道：
当我沿着灯火辉煌的57街往回走时，黄昏降临，有些冷，但空气新鲜而清爽。我不断地思索着实验物理学和理论物理学两者的内容和风格在我经历的这一时期里是如何变化的。W粒子的发现确实意味着我们又一次来到分水岭。到家后我走向书桌，脑子里塞满了有关物质认识的历史章节和片断。突然我知道如何开篇了。我坐下来写道：“1895年11月8日下午……”
当我看完莱德曼（L.Lederman，1988年获得诺贝尔物理学奖）和泰雷西（D.Teresi）合著的《上帝粒子：假如宇宙是答案，究竟什么是问题？》一书以后，我像派斯一样，对1983年1月印象极为深刻。我还想起了1899年。为什么呢？因为在1899年，J.J.汤姆逊（J.J.Thomson，1906年获得诺贝尔物理学奖）发现了第一个粒子──电子，而在84年后的1983年，粒子物理学家发现了W粒子。电子的发现拉开了粒子物理学的大幕，而W粒子的发现表明粒子物理学进入了一个新的阶段。
J.J.汤姆逊发现电子之前几乎没有任何理论的预期；它的发现，说明新的实验设备可以导致物理学出现新的进展。接下来物理学家又陆续发现了光子、质子、中子、正电子和中微子……等等。虽然这些发现各有特色，发现过程也彼此不完全相同，但是从本质上都如莱德曼所说，离不开“提出一种新的粒子来解释实验观察到的现象”这一老的套路。
为什么说“W粒子的发现确实意味着我们又一次来到分水岭”呢？这是因为从1954年杨振宁提出规范场理论，以及希格斯在20世纪60年代提出对称自发破缺以后，人们对于粒子物理学研究的方法和风格与以前大不相同。规范理论太复杂，这儿只能以最简洁的方式陈述其中的要义。正如莱德曼所说：“规范理论表述了自然的对称性。”由规范对称我们可以确定相互作用以及相互作用中的粒子（包括“信使粒子”）。规范粒子就是信使粒子。但是规范粒子只能预言质量为零的粒子的存在。而弱相互作用是短程力，所以其中的规范粒子质量不但不能为零，而且质量比较大。正因为这一原因，规范场盎闲置了近20年。后来，英国物理学家希格斯（P.W.Higgs）提出了“希格斯机制”，解决了规范粒子的质量问题。希格斯机制大意是，存在一种希格斯场，希格斯场的规范粒子是希格斯粒子（Higgsparticle，现在称为希格斯玻色子Higgson），希格斯机制就是其他规范粒子在“吃掉”希格斯粒子以后，这个规范粒子由此有了质量。有了以上理论，莱德曼才能够说：“现在的物理学家不再像以前那样，提出一种新的粒子来解释实验观察到的现象，而是寻找一种对称性来预言这种现象。”也就是可以预言所需要的粒子。
当物理学家把规范场理论应用到电弱（统一的）相互作用上的时候，规范场理论预言在电弱相互作用中应该有4个规范粒子：光子，W 粒子，W-粒子和Z0粒子。光子没有静止质量我们早已经知道，其他3个粒子的规范粒子质量在希格斯机制作用下不为零，而且预言其质量比起电子的质量（4.3eV）大得多。但是，想要寻找这三种粒子却很不容易，大费周折。如果真的找到了这3种粒子，那无疑是规范理论的伟大胜利。Z0粒子在1973年基本上为物理学界承认（但是到1983年才正式确定其质量）；剩下的是W粒子。所以全世界科学家无不关注寻找W粒子的激动人心的实验。1983年1月26日，人们终于盼来了这一天，鲁比亚宣称，他们的实验小组找到了W粒子！
现在，读者一定明白W粒子发现的深刻含义了吧？莱德曼在《上帝粒子》中说：“有了W和Z0粒子的发现，并且证实它们的质量与预期的相符，电弱理论就无懈可击了。”
莱德曼写《上帝粒子》一书时，顶夸克还没有找到，不过他似乎并不担心这件事情，他相信找到顶夸克不是问题。果然，2年之后的1995年3月2日，正当早春二月之时，美国费米实验室向全世界宣告：他们找到了顶夸克！顶夸克的质量与预期的差不多。至此，规范场理论取得了真正伟大的胜利。
到目前为止，在所谓标准模型中，粒子世界中的61种粒子只有希格斯粒子没有找到，其他60种都已被实验证实。人们为了寻找希格斯粒子，付出了大量的金钱和巨大的努力。莱德曼所说的“上帝粒子”，指的就是希格斯粒子；对希格斯粒子他恐怕真正有一些担心，在书中他忧心忡忡地说，希格斯粒子也许是“一个无所不在的幽灵一样的大坏蛋，正在阻止我们理解物质的真正本质。就好像有某种东西，或某个人，想阻止我们获得终极知识”。于是莱德曼用古老的“巴别塔故事”，比喻这个有邪恶魔力的“希格斯粒子”正在阻止物理学家建立通天的“巴别塔”。