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第8章 微物之神——希格斯玻色子

钻石雨 马库斯·乔恩19980字2026-08-15

露营之旅已经是1周以前的事了,但它在希格斯的脑海里仍挥之不去,就像一场一直持续到了白天的噩梦。不久前,一位朋友向希格斯提起,她在一篇文章中读到过有个地方的降雨量是苏格兰最少的。于是,希格斯和结婚一年的美国妻子乔迪(Jody)挑了个合适的时间赶到了那里。他和乔迪是在核裁军运动中相识的。不幸的是,当夫妻俩到达的时候,那里居然正在下倾盆大雨!并且二人在搭建帐篷的时候,还把借来的帐篷弄坏了。无奈,浑身湿透、狼狈不堪的夫妻俩只好躲在附近的河**吃早餐。更糟糕的是,当他们提前返回爱丁堡时,那位朋友承认她误读了那篇文章,她推荐的那个地方不仅不是雨量最少的,反而是苏格兰雨量最多的地方。[147]

这次野营之旅在希格斯和他妻子的心目中就像一段神话,作为“史上最糟糕假期”逸事之一,在和朋友们喝酒时讲述准能逗笑他们。但对希格斯来说,恶劣的天气只是这次旅行如此糟糕的原因之一,更重要的是,一个困扰了他几年的问题濒临突破,而他却不得不去旅行。

在7月24日完成的第一篇论文中,希格斯提出了一个关于自然界基本力的很有前途的理论。论文大约只有1000字,投给了《物理快报》。尽管大家都认为这个理论存在致命的缺陷,但实际上并非如此。[148]希格斯是在周末获得的灵感,在周一写的这篇论文。希格斯说,这是他的第一个创意,也是他仅有的创意(他是个谦虚的人)。[149]

这篇论文以悬疑小说的方式结尾,并给读者抛下诱人的承诺:未完待续。但紧接着,希格斯就去高地旅行了。然而,他的心思并没有放在旅行上,显然,这无助于增进他和妻子的夫妻关系。好在,他终于回到了爱丁堡——温暖、干燥,安安静静,可以全神贯注地工作了。希格斯写得很快,7月31日便向《物理快报》提交了第二篇论文。

当得知论文被拒时,希格斯感觉很不是滋味。假装这件事从未发生过是没有意义的。该杂志的编辑雅克·普伦特基(JacquesPrentki)在回信中建议希格斯在此理论上做更多的研究。但问题是,要再做些什么呢?

希格斯的两篇论文酝酿已久。他痴迷于量子场论,这个理论把20世纪物理学的两大成就融合成一个连贯的整体。这两大成就,一个是爱因斯坦的狭义相对论,描述了物体以接近光速运动时空间和时间的变化;另一个是量子理论,描述了原子的亚微观世界及其构成。为实现这两大理论的统一而迈出第一步的物理学家是保罗·狄拉克,他的大名多次出现在科瑟姆学校(CothamSchool)荣誉校友的名单上。希格斯在布里斯托尔大学上学时,就经常在晨会上听到这个名字,因而对狄拉克很好奇。正是好奇心让他发现了这位伟人所做的研究,引领他进入了量子场论。

最终构成世界的正是量子场。[150]物质是由原子组成的,原子是由原子核和电子组成的,原子核是由质子和中子组成的,质子和中子是由夸克组成的(尽管在1964年,夸克还是一个非常新的概念),而夸克和电子则是由场组成的。据我们所知,量子场是大自然的最底层构造。

简单来说,场就是时空中每一个点都有值的东西。这个值可以是纯数,比如温度;也可以是与方向相关的值,比如风速;抑或是一些更复杂东西的组合。每个基本粒子都有与之相关联的场,比如电子场、光子场、上夸克场等等。这样的场之所以会颤动,是因为量子本质上就是不安分的。如果一个特定的场被充分颤动(jiggle)的话,换句话说,假如有足够多的能量注入这个场,产生的扰动就会通过这个场传播,这就是粒子。比较形象的比喻是,通过麦田传播的风的扰动。电子场中的扰动就是电子,电磁场中的扰动就是光子,依此类推。不同之处在于,一个量子场的扰动不能任意产生,只能以特定的离散频率或能量产生。这种取值的离散化被称为量化。

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