诺贝尔物理学奖点评迷雾般的一小时

2019-07-16 00:42:38 来源: 张掖信息港

诺贝尔物理学奖点评:迷雾般的一小时

2013年诺贝尔物理学奖得主,弗朗索瓦恩格勒(Fran?ois Englert,图左)和彼得希格斯(Peter Higgs,图右),直到去年7月在CERN宣布找到疑似希格斯玻色子的发布会上,才历史性地次碰面。图片来源:欧洲核子研究中心(CERN)

隶属于瑞典皇家自然科学院的诺贝尔物理委员会在本月8日的评选会上做出了很不寻常的事情。它没有按照预先通知的那样,在欧洲中部时间上午11点45分宣布今年的诺贝尔物理学奖得主,而是先说推迟半小时宣布,后来感兴趣的人们其实整整等了一小时,三位诺奖委员代表才出现在皇家自然科学院的室。

接着,科学院终身秘书长诺马克宣布今年的诺奖:“今年的物理学奖是奖给某种非常小的但改变一切事物的东西,皇家自然科学院决定将2013年度诺贝尔物理学奖奖给布鲁塞尔自由大学的弗朗索瓦恩格勒教授,以及爱丁堡大学的彼得希格斯教授。

“颁奖词如下:奖给一个对理解亚原子粒子质量起源有贡献的机制的理论发现,这个机制近被欧洲核子中心的大型强子对撞机的ATLAS和CMS两个实验所证实。”

我几乎逐字逐句地翻译了颁奖词,因为它比较复杂,第二因为它的精确表达值得琢磨。

首先,“理论发现”是准确的,恩格勒和希格斯两位都是理论家,是发现这个理论的六位理论家中的幸运的两位。这个发现是一个基础物理学中的机制,什么机制?是“对理解亚原子粒子质量起源有贡献的机制”。注意是“有贡献”,而不是质量起源的机制,可见这个机制并没有被诺奖物理委员会的成员公认为基本的机制。

我觉得,委员会认为,在这个机制背后还有更深刻的道理,留给后人去发现。这个机制当然是理论上的,而且是49年前就被六位理论家发现的。虽然在理论上物理学家已经应用了49年,直到去年7月份这个机制才被欧洲核子中心的数千名实验家所证实。

“证实”这个词很重要,没有它,诺奖委员会失去了颁奖给两位理论家的理由,但是,也许公布颁奖被延迟了一小时就是因为关于“证实”是否严格正确的争论。即使ATLAS和CMS也不敢公开声称他们证实了这个机制,因为去年被发现的疑似希格斯粒子还有一两个重要特征没有被证实,个就是这个粒子的自旋。我们知道,基本粒子都有自旋,例如电子的自旋是1/2个量子,而光子自旋是1个量子,希格斯粒子的自旋呢?没有,或者说它的自旋等于零。ATLAS和CMS还没有能够证实这一点,排除自旋为2的置信度目前只有三个标准误差。

既然这两个实验“组”并没有证实他们花了多年辛苦时间所发现的粒子的自旋等于零,所以就不能严格地说他们发现了希格斯粒子。当然,任何做出这个发现的实验家,任何在这个领域工作的物理学家都毫不怀疑这个新粒子就是希格斯粒子,否则这个发现将打破粒子物理学的基础。可是如果没有“证实”这两个字,诺奖就不能颁给恩格勒和希格斯这两个老头。

关键是,大型强子对撞机为了升级暂时关闭一段时间,希格斯粒子的自旋可能要等上两年才能被证实,可是希格斯已经84岁,恩格勒也有80岁了,他们等得起吗?

我提前两天尝试预言今年的诺奖。说“预言”一点也不过分,因为诺马克在回答媒体的问题时说这个决定就是当天才做出的,就在离这里只有几米远的地方,可见至少诺贝尔物理学奖的投票是8号上午。在此之前,谁也无法预料谁将会获奖。

我在微博上是这样写的:“总有人让我预测诺贝尔物理学奖,这次我只有50%把握,Peter Higgs和一两位其他人,可能是Fran?ois Englert,如下图。诺贝尔物理学奖8号下午5点45分公布。我还想预测一下文学奖,尽管我希望诗人获奖,这次我觉得女作家更有希望,她们是,Alice Monroe, Atwood, Joyce Carol Oates。立此帖为证。”

可见,预言今年的诺奖还是有一点危险的,因为欧洲核子中心并没有百分之百地证实了希格斯粒子的存在。我猜测,也许诺奖物理会员会就是否“证实”多争论了一个小时,北欧人会就一个重要的词争上一个小时完全不意外。或者更加严重地,也许他们一直没有投出占多数票的获奖者,也许在一刻还有另一组物理学家和发现希格斯机制的人竞争。

除了参加投票的人,今后很多年内谁也不会知道在那一小时内到底发生了什么。

无论如何,让我们祝贺两位物理学家,同时也祝贺另外三位没有获奖的,他们的贡献也不小,只是因为一届诺奖不能有超过三位物理学家分享他们被跳过了,他们是:汤姆基伯,杰瑞古拉尼,理查德哈根。另外,恩格勒教授的合作者罗伯特布罗特不幸在两年前去世了。

,总要说几句关于这个机制的话,虽然上已经充斥关于希格斯粒子或上帝粒子的信息。

希格斯场是这样一种场,它完全不同于物理学家熟悉的电子场,也不同于光子场,更不同于夸克场。这种场存在的目的是让世界看上去是现在这个样子:几乎所有粒子都有质量,特别是电子。万一电子没有质量,它就跑得和光一样快,不可能和原子核组合成原子,从而,地球也许就不存在,人类更加不可能存在。

那么,希格斯场是怎么做到让很多粒子带上质量的?有一个经典的比喻:假设将充满真空的希格斯场变成偶像的脑残粉,这些脑残粉充满了一个大厅。现在,物质粒子进场,这些粒子有些是贵族,有些是名人,,还有一位是英国女王。我们想,也许英国女王,值得脑残粉求合影求签名,她在这个大厅的行进速度慢,从而质量。其次可能是某些足球明星,比方说贝克汉姆,他行进的速度比女王稍快些,再其次是其他名人。

所以,物理粒子因为被希格斯场缠上了,才有了质量,例如电子。但这不是故事的全部。希格斯场的作用还有一个,就是让弱力变成弱的力(万有引力除外),电磁力变成比弱力更强的力,这就是所谓对称破缺,希格斯场让两种本来相似的力看起来完全不一样了。

其实,以上也不是故事的全部。希格斯场没有传说的那样万能,例如质子的质量虽然有一部分来自于它,更多的却来自于强作用力以及不可思议的量子论。

原标题:诺贝尔物理学奖点评:迷雾般的一小时

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稿源:中国青年

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