物理学再失伟人！94岁诺奖得主、“上帝粒子”之父希格斯离世

编辑：桃子好困

【本站导读】著名物理学家PeterHiggs于4月8日在英国爱丁堡家中离世，享年94岁。他因提出希格斯玻色子，获得了诺贝尔物理学奖。

发现「上帝粒子」的著名物理学家PeterHiggs周一离世，享年94岁。

1964年，他在新的研究中曾预言一种新粒子的存在——希格斯玻色子（Higgsboson）。

并展示了「上帝粒子」如何通过赋予粒子质量来维系宇宙的整体结构。

这一预言，引发了近半个世纪科学家努力寻找，耗资达数十亿美元。

直到2012年，CERN宣布在大型强子对撞机上发现了这种粒子，验证了PeterHiggs的想法。

正是这一贡献，使其荣获了2013年诺贝尔物理学奖。

据好友、同时也是爱丁堡大学的同事物理学家AlanWalker透露，PeterHiggs因血液疾病而去世。

「上帝粒子」之父

PeterHiggs于1929年5月29日出生在英格兰的纽卡斯尔泰恩河畔，从小在布里斯托尔长大。

父亲是一位BBC声音技术工程师，母亲是一位家庭主妇。

他对物理的热爱始于一所学校——CothamGrammarSchool，这里曾是伟大的英国理论物理学家、量子力学先驱之一PaulDirac的母校。

17岁那年，Higgs转到了伦敦城市学校（CityofLondonSchool）学习数学。

随后，他考入伦敦国王学院（King’sCollegeLondon），并在1947年获得物理学学士学位。

此后他持续深造，最终在1954年因关于分子和热量的研究获得了博士学位。

在爱丁堡大学、伦敦帝国学院和伦敦大学学院担任临时研究岗位后，Higgs于1960年在爱丁堡大学找到了一份长期的讲师工作。

Higgs博士在大学年代就对爱丁堡产生了深厚的情感，他喜欢在假期搭便车去苏格兰高地探险。

在那段时间里，他也积极投身于反***运动和绿色和平组织的活动。

然而，当这些组织的行为逐渐变得过于激进，不再符合他的理念时，他选择了退出。

不过，正是在反核运动中，他收获了自己的爱情——与JodyWilliamson邂逅，并在1963年结婚。

不幸的是，他们在10年后选择了分居，而妻子也在2008年去世，留下来两个儿子——计算机科学家Christopher和音乐家Jonathan。

在爱丁堡，Higgs博士把研究重心从化学和分子转移到了他最初热爱的领域：基本粒子。

爱丁堡不仅是他的工作地，也是物理学巨匠JamesClerkMaxwell（1831-1879）的故乡。

Maxwell首次将电和磁统一起来，证明了它们其实是同一种力——电磁力的两种不同表现形式，而电磁力正是构成光的基础。

Higgs的使命，就是将物理学推向下一个层次。

——揭示Maxwell的电磁力与控制放射性的弱力实际上是同一种力量的两个不同面貌。

2012年，Higgs在获得了赫瑞-瓦特大学的荣誉学位，图中他身后是瓦特雕塑

然而，科学的进展往往是曲折的，Higgs当时并没有意识到，自己正处于这样的历程中。

他在2014年于爱丁堡接受采访时回忆道，「当时，我们的目标是解决强相互作用的难题」。

强相互作用是维系原子核内部粒子不散开的力量。

理论上，传递这种力量的粒子——玻色子，应该是无质量的，就像传播光的光子。

但是光可以穿越整个宇宙，而强相互作用却仅在原子核内部有效，这根据量子物理的规则意味着，传递强力的粒子的质量应该接近于一个质子。

那么，强力的传递者是如何获得如此巨大的质量的呢？

对此，在借鉴普林斯顿大学PhilipW.Anderson在解释超导性时使用的理念，Higgs博士提出了一个假设：

空间被一种无形的能量场充满，这种场就像是充斥着的宇宙「能量浆」。

这个能量场会作用于试图穿越它的某些粒子，就像是一群随从紧随其后的名人一样，给予了它们质量。

这可以被称为一种遍布每一个角落的神秘力量。

他还注意到，在特定情况下，这个能量场的一小部分可能会分离出来，形成一个全新的粒子。

首次提出

Higgs提交了关于这个主题的首篇论文，却遭到了拒绝。

然而，他并没有放弃，而是对论文进行了重写。

为了让内容更加吸引人，他在论文的结尾特别增加了一个段落，突出了一种新粒子的预测——希格斯玻色子。

论文地址：https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.13.508

希格斯玻色子，亦称「上帝粒子」，成为了所谓标准模型的核心。

该模型总结了人类迄今为止关于基本粒子，及其影响自然和宇宙的力量的全部知识。

不过，布鲁塞尔自由大学的FrançoisEnglert和RobertBrout已经用一个相似的理念发表了论文，比Higgs早了七周。

不久之后，另外3位物理学家——来自伦敦帝国学院的TomKibble，罗切斯特大学的CarlHagen，以及布朗大学的GeraldGuralnik——也加入了这场讨论。

「他们先发表了，但我是在Nambu告诉我之后才知道的」。

Higgs曾在采访中表示，「那个时代还没有互联网，这意味着如果他早些看到他们的论文，可能就不会撰写自己的论文了」。

他坦言道，「起初，我并不确定这项研究是否真的重要」。

实际上，Higgs最初着手研究的强相互作用理论，后来走向了完全不同的方向。

但他的这篇论文和提出的粒子，对于理解所谓的弱相互作用起到了决定性的作用。

Higgs并不知道的是，美国物理学家SheldonGlashow在1961年提出了一个理论，试图将弱相互作用和电磁相互作用统一起来。

但这个理论也面临着一个难题：如何解释统一理论中弱相互作用的传递者为什么不是无质量的。

正巧，Higgs博士提出的能量场为这个问题提供了解答。

但遗憾的是，他和Glashow博士并未有机会了解彼此的研究，尽管他们几乎就要相遇了。

跨越半个世纪的粒子理论

希格斯玻色子在1967年成为了一个重要的话题。

当时德克萨斯大学奥斯汀分校的StevenWeinberg将其作为弱电力统一理论的核心。

到了1971年，荷兰理论物理学家Gerardus’tHooft证明了整个理论在数学上是成立的，这一理论变得更重要。

Higgs后来回忆说，费米实验室的物理学家本BenjaminLee，在大约1972年的一个会议上，将其命名为希格斯玻色子。

可能是因为Weinberg博士论文最先引用了Higgs的论文。

Higgs一名不仅仅用于指称这个粒子，还被用来指代产生的能量场，以及这个场如何给其他粒子赋予质量的机制。

——这让Higgs博士有些尴尬，也让其他贡献了理论的科学家们感到不快。

Higgs笑着回忆道，「有段时间，我甚至戏称它为『A.B.E.G.H.H.K.H机制』，列举了所有对这个理论做出贡献的科学家的名字（Anderson，Brout，Englert，Guralnik，Hagen，Higgs，Kibble和’tHooft）」。

人们对玻色子的关注兴趣像潮水一样涨涨落落。

1988年，Higgs接受了第一轮采访，那是因为CERN启动了一个名为LEP的新型加速器，即大型强子电子对撞机，其主要任务之一就是寻找希格斯玻色子。

到了2000年，尽管有科学家声称他们观察到了希格斯玻色子的迹象，但当LEP关闭时，又引起了一番讨论。

自2008年开始，经过一系列精密的实验，Higgs的理论最终在2012年被瑞士欧洲核子研究中心（Cern）的大型强子对撞机（LargeHadronCollider）的物理学家们证实。

次年，诺贝讲组委会向其颁发了奖项。

这项诺贝尔奖Higgs与比利时理论物理学家FrançoisEnglert共享，因其在1964年的工作也为希格斯玻色子的发现做出了直接贡献。

后来，Higgs曾向BBC透露，如果不是因为自己被提名了诺贝尔奖，可能因为缺乏成果而早已失业。

「我们失去了一位粒子物理学界的巨擘，没有他的理论，原子将不存在，放射性可能会成为与电和磁同等强大的力量」。

如今，物理学永远失去了这位巨人。