“標準模型”的一個關鍵部分就是引入了希格斯機製,即有質量的粒子是通過希格斯場的對稱性自發破缺而獲得質量的。這一構想的奠基人是南部陽一郎,他在1959年借用超導理論中的概念論證了對稱性自發破缺使粒子具有質量的可能性(這方麵的研究成果為他贏得了2008年諾貝爾物理獎)。事實上,如果他再前進一步,希格斯玻色子現在可能就該叫做南部玻色子了。在研究了南部陽一郎的理論之後,1964年7月,希格斯(p.w.higgs,1929—)在歐洲的《物理快報》上發表了一篇短文,用規範場理論從數學上證明了可以存在一種玻色子,通過對稱性自發破缺而使它自己和其他粒子獲得質量。同年6月和10月,美國的《物理評論快報》也收到了兩篇內容與希格斯的短文一樣的論文,分別由恩格勒(f.englert)和布羅特(r.brout)及古若尼克(g.s.guralnik)、哈根(c.r.hagen)和基布爾(t.w.b.kibble)獨立完成。兩年之後,希格斯進一步將他1964年的理論具體化,最終給出了完整的希格斯機製。他把這篇意義重大的論文投給《物理快報》,不料卻被退了回來,因為編輯認為他的文章與物理沒有實質性的聯係。希格斯於是在結尾處又加了一小段,指出文章中提出的使粒子產生質量的機製也許可以被應用於強相互作用。希格斯後來推測,可能正是由於這段後加上去的敘述才導致以他的名字命名了這種玻色子——希格斯玻色子。
對於圈外人來說,希格斯機製可能不太容易理解。因此,英國科學大臣沃爾德格雷夫(w.waldegrave)曾經在1993年懸賞一瓶昂貴的香檳酒,以換取一頁紙的關於希格斯機製的解釋,前提是得能讓他讀得懂。不少物理學家提出了各種各樣的比擬,其中理論物理學家埃利斯(j.r.ellis)對希格斯機製作了如下的形象比喻:“希格斯場就像是一片雪地,設想你在雪地裏行走,你肯定會感受到自己的‘質量’——你會覺得雪在拖你的後腿。現在,想象雪突然化了,你將能夠輕而易舉地向前走,因而不再感覺到自己的‘質量’。”宇宙在形成之初的一段極短暫的時間裏,具有完美的對稱性,這就好比是沒有雪的地麵。之後溫度下降,希格斯場的對稱性自發破缺——相當於雪覆蓋了地麵。於是,粒子有了質量。
除了希格斯玻色子,“標準模型”中的所有其他粒子都已經在實驗中被直接或間接地觀測到了。因而希格斯玻色子是整個“標準模型”缺少的最後一塊拚圖,同時又是最重要的一塊。一旦找到了它,我們就找到了宇宙間物質質量的來源。
當然,也不是所有的物理學家都相信能找到希格斯玻色子。英國著名理論物理學家霍金(s.hawking,1942—)就曾經打賭說歐洲核子研究組織的大型電子-正電子對撞器(lhc的前身)不可能發現希格斯玻色子。事實證明他贏了。希格斯自然心裏不怎麼服氣。在一次晚宴上,他有點口無遮攔地說“由於很難與他直接討論(按:霍金患有肌萎縮性側索硬化症,無法與其他人正常交流),他可以輕易地從他所宣稱的東西上脫身,而別人則不能。他的明星身份帶給他別人無法具有的直接優勢”。這一下捅了馬蜂窩,被英國媒體大加宣揚。希格斯後來寫信向霍金道歉,霍金也回信說他並不介意。不過霍金沒忘了在信中又加上一句,說他仍然不相信在未來的實驗中——包括lhc會發現希格斯玻色子。有不少人對這樁公案頗不以為然,某位不願具名的物理學家就說“批評霍金有點像批評戴安娜王妃——你別在公共場合說”。
究竟“上帝粒子”能不能被觀測到,目前的希望全寄托在lhc身上。當lhc在2013年達到最高設計能量時,將“還原”出宇宙處於最初(即大爆炸開始後)兩百萬億分之一秒(5×10-15秒)時的狀態,這個時間是否“早到”能發現希格斯玻色子,現在並無定論。謎底在不遠的將來就會揭曉,全世界關心物理學發展的人們都拭目以待。