社会恐惧希格斯:上帝的粒子毁了我的生活

2022-07-11 13:20:11

当他得知自己获得诺贝尔奖时,他并不兴奋或跳跃。相反,他选择迅速逃离他居住的城市,搬到人口稀少的农村。然后他说:没有人能打扰我。

英国物理学家彼得·希格斯做到了这一点 (Peter Higgs)。

许多人对他的印象仍然停留在他赌赢霍金和等待 48 年的玻色子终于被证实了,诺贝尔奖如光速。甚至颠覆了整个物理世界的认知。

但鲜为人知的是,希格斯仍然是一个极度社会恐惧的人。 7 月 4 欧洲核研究中心(CERN)正式发现上帝粒子(希格斯玻色子)。

这也让希格斯被迫站在众目睽睽的聚光灯下。面对蜂拥而至的记者和不断的提问,希格斯显得格外害羞和局促:

记者:你觉得提出的理论像科幻小说吗?

希格斯:如果你想,继续这样想。

记者:这一发现的意义是什么?它能促进世界的发展吗?

我不知道。

更具戏剧性的是,当希格斯回到爱丁堡时,记者让他在新闻发布会上从幕布上露出头来,然后就出现了……

记者这样做的初衷是表达希格斯(玻色子)出现了,但从现在开始,也极其符合希格斯社会恐惧的性格。上帝粒子让希格斯出名,但他自己感觉很糟糕。

在接受相识 40 年老朋友,粒子物理学家 Francis Edwin Close 采访中说:

发现玻色子毁了我的生活。

希格斯认为他的工作风格是独立的,偶尔会有一个好主意。 Close 希格斯似乎和他发现的粒子一样难以捉摸.

因此,他将描述希格斯及其理论的新书命名为难以捉摸:彼得希格斯如何解决质量之谜(Elusive: How Peter Higgs Solved the Mystery of Mass)。

……

也许,社会恐惧、难以捉摸、独行是聚光灯下最真实的希格斯。

论文被拒,转投对手杂志:他们不懂

1925 年 5 月 29 希格斯出生在英格兰泰恩河畔的纽卡斯尔。 17 进入伦敦市立中学,专攻数学;后来在伦敦国王学院获得物理学位,成为爱丁堡大学的研究员。(后来,他还在其他大学工作 1960 回到爱丁堡大学担任讲师。

在爱丁堡大学期间,希格斯对质量产生了浓厚的兴趣。经过深入研究,希格斯提出了这样的观点:

当宇宙爆炸刚刚发生时,粒子没有质量。但在不到一秒钟的时间里,了质量。这是他们在一个领域相互作用的结果。

这个场后来被命名为希格斯场 (Higgs Field),希格斯由此进而还预言了希格斯玻色子的存在。

但即使是现在看来具有如此划时代意义的研究,也经历了被拒稿的悲剧。

1964 年,希格斯基于之前的研究写了两篇论文,篇幅只有 2 页面给《物理快报》(Physics Letters)。然而,该杂志只收到了一篇文章。在评审阶段,第二篇论文被著名物理学家南阳一郎拒绝,理由是需要解释这一理论的物理意义。

然后希格斯加了这部分内容,转手却把被拒绝的论文扔到了对手杂志上 ——《物理评论快报》(Physical Review Letters)。结果,中了!这是希格斯关于玻色子设想的第一次公开发表。

而当时被拒稿的事情,希格斯可以说是耿耿于怀了,在那之后很多次的演讲中,他都说:

嗯,我想他们当时根本不懂。

事实上,无法理解已经持续了很长一段时间。因此,英国科学部长不能举办竞赛来找到用最流行的人类话语来解释理论的方法。但即便如此,希格斯的玻色子仍然没有引起很多人的注意。

社会恐惧希格斯:上帝的粒子毁了我的生活

1993 年,诺贝尔奖(1988 年度)得主利昂·莱德曼出手了。他写了一本特别的书来解释这个理论,他的名字被认为是上帝诅咒的粒子。然而,为了让这本书更具噱头,杂志编辑将名字改为上帝的粒子 (The God’s Particle)。

果然,上帝粒子上帝粒子的概念很快就传播开来了。但这让希格斯本人感到不安 —— 因为希格斯是一个无神论者。他谦虚低调,以前不接受用自己的名字命名相关理论和粒子。

用希格斯自己的话说,我不配。他多次表示,这种机制应该被称为ABEGHH’tH 因为他认为有八名研究人员为这一理论做出了贡献。

但是上帝粒子让它更加不可接受,所以他不得不用自己的名字来命名它。但后来,当有人在自己面前提到希格斯玻色子时,他忍不住颤抖起来。

上帝粒子给希格斯带来的麻烦不仅仅是命名这个 ——2012 年,欧洲核研究中心(CERN)在瑞士日内瓦举行新闻发布会,宣布发现与希格斯玻色子特性相同的新粒子。

消息一出来,就像科学界投掷的磅炸弹。一向低调内向的希格斯只是坐在新闻发布会的角落里,拿出白手帕,轻轻擦去眼泪:

这证实了我 48 年前的猜想,我没想到有生之年能看到这一切。

后来,霍金公开与希格斯打赌 100 美元赌注寄给他,诺贝尔奖紧随其后。

但正是这些纷纷涌来的荣耀,把原本简单的希格斯拉到了聚光灯下,给他带来了很多麻烦。因此,上述事情发生了。

希格斯得知自己获得诺贝尔奖的那天,迅速离开了爱丁堡市的家,搬到了一个乡村庄园。

没有人会打扰我。

毕竟在希格斯玻色子被正式发现之前,83 岁(2012 2000年独自住在爱丁堡。家里没有电视和电脑,他甚至很少打电话;他与外界沟通的主要方式只是阅读几本物理杂志。即使在别人的印象中,他也会害羞地看到陌生人。

这也就不难理解,为什么“上帝粒子”会给希格斯带来烦恼了。以至于老爷子在接受采访时留下那句:

粒子的发现毁了我的生活。

生活中的希格斯:习惯孤独

在生活中,希格斯习惯于当一个独行者。他的大部分童年时光都是在家中母亲教导下度过的;其父是个 BBC 无线电工程师基本上和他们分开生活。

他前半生的主题基本上可以概括为:追求不时尚的东西。他甚至只是 20 多岁时,被贴上老顽固的标签。

因为他选择了一个几乎被同时代抛弃的物理分支,其他人认为没有未来。至于如何与女孩打交道,年轻的希格斯几乎一无所知。

英国物理学家是他在伦敦国王学院认识的一生密友 Michael Fisher 后来回忆道:

每当他们开车环游欧洲,他都会把女朋友介绍给希格斯。不幸的是,希格斯从未成功过……

△ Michael Fisher

当时,希格斯与浪漫绝缘的形象深深扎根于人们的心中。因此,他后来向理想主义的美国语言学家学习 Jody Williamson 求婚时,震惊了所有人。

当 Michael Fisher 希格斯在国王学院得到理想的工作时去了爱丁堡大学。希格斯在爱丁堡大学员工俱乐部的一次会议上相遇 Jody Williamson。他们于 1962 年至 1963 年间结婚。

1965 年的一天,正在工作的希格斯被叫到电话旁边:他的妻子生下了他们的第一个孩子。巧合的是,希格斯那天写的论文是宇宙诞生的关键时刻。

科研,自我 1964 年希格斯写了他关于希格斯玻色子的第一篇论文后,他被泼了很多冷水。然而,他最终收到了哈佛大学的演讲邀请。这一次,其他物理学家作为观众最终没有打击他的观点。

当他于 1966 回到爱丁堡后,他已经有了一定的国际声誉。另一方面,他的婚姻和家庭开始出现问题。他的妻子在 1969 几年后,他们生下了第二个儿子,并提出离婚。

离婚并没有让希格斯更努力地工作,而是让他失去了支持他研究的精神支柱。后来,希格斯决定放弃对荣誉的追求,更加致力于教学。

他的前妻 Jody 留在爱丁堡。他们还是朋友,一起履行父母和祖父母的职责。虽然上帝粒子的发现给希格斯的生活带来了不便,但同时也足以证明希格斯玻色子被发现有多重要。

为什么希格斯玻色子这么重要?

再来说说希格斯玻色子。2013年 年,诺贝尔奖官员向希格斯颁奖的理由是:

理论上,他首先发现了希格斯玻色子的机制,最近有实验证实了这种粒子的存在。

那么,为什么希格斯玻色子如此重要,为什么科学家能凭借它获得诺贝尔物理奖呢?要回答这个问题,让我们了解量子世界和粒子是如何相互作用的。

首次在希格斯提出希格斯玻色子 1964 当时物理学家都致力于使用量子场论 (Quantum Field Theory, QFT)描述弱力的理论框架。

当时,量子场论已经形成了量子电磁学的基础,这是对电磁相互作用的一个非常成功的描述。然而,由于一个基本问题,不可能将量子场论应用于弱相互作用:该理论不允许粒子质量。

具体来说,就是 W 和 Z 玻色子的弱载体必须无质量,否则会打破量子场论的基本对称性,导致理论失效。这导致了一个 Bug—— 因为弱载体必须有质量,能与弱相互作用的极短范围一致。

希格斯机制找到了解决这个问题的办法。希格斯机制可以简单描述为:

当宇宙诞生时,希格斯场充满了不稳定但对称的粒子。

大爆炸后不到一秒钟,就出现了稳定的配置,但打破了最初的对称性。

在这种配置中,理论方程仍然是对称的,但希格斯场的破缺对称性产生了 W 和 Z 玻色子的质量。

此外,后来的研究发现,其他基本粒子也可以通过与希格斯场的相互作用获得质量。

希格斯玻色子是希格斯场的一种基本粒子。它不带电荷和色荷,非常不稳定,生成后会立即衰变。这种粒子被证实对揭开物质质量起源的谜团具有重要意义。

自 2013 年希格斯本人因希格斯玻色子获诺奖以来,该领域研究一直在蓬勃发展。在希格斯玻色子被发现 10 周年之际,Nature 该杂志分享了科学家从那时起学到的东西,以及他们想要继续探索的东西。

欧洲核研究中心的大型强子对撞机(LHC)即将进入第三个操作阶段;此外,科学家们已经开始准备计划 2030 年开始进行 LHC 探索更多未解之谜的第四次操作。

让我们在这里和 Nature 一起祝愿希格斯玻色子 10 生日快乐!

最后,分享泰晤士报对希格斯玻色子的评价:

以希格斯命名这种粒子是合适的。它难以捉摸,很小,但它有能力改变世界。

参考资料:

[1]https://www.nature.com/articles/d41586-022-01859-w

[2]https://www.scientificamerican.com/article/how-the-higgs-boson-ruined-peter-higgss-life/

[3]https://www.scientificamerican.com/article/10-years-after-the-higgs-physicists-are-optimistic-for-more-discoveries/

[4]https://physics.aps.org/articles/v15/100

[5]https://www.npr.org/2022/07/05/1109742531/cern-large-hadron-collider

[6]https://www.telegraphindia.com/india/he-who-chose-his-particle-over-his-wife-the-burden-higgs-had-to-bear-to-explain-the-weight-of-the-universe/cid/400030

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