復旦大學物理系教授吳詠時
什麼是希格斯玻色子
希格斯玻色子是物理學標準模型當中最後一個待發現的粒子。7月4日歐洲核子研究中心（CERN）的科學家宣佈，在尋找希格斯玻色子的過程中，他們發現了一個新粒子，與希格斯玻色子有吻合之處。一般認為，大約要到今年年底，才有可能確認它是否真是希格斯玻色子。
標準模型是我們當前人類對自然界的一個基本物理理論。它告訴我們自然界4種力中的3個電磁力、強力和弱力是如何發揮和實現作用的。
標準模型的理論分成兩部分，一部分是「楊振寧－米爾斯規範場理論」（Yang-Mills Gauge Theory），在強相互作用和電磁相互作用中，楊－米理論是發揮作用的，但在弱相互作用中，楊振寧－米爾斯規範場理論要發揮作用還需要希格斯玻色子的配 合。理論上，希格斯玻色子將為楊－米理論中傳遞弱相互作用的粒子賦予質量，使得弱力成為短程力，符合實驗的結果。
這種質量賦予是怎樣進行的呢？真空中希格斯玻色子的場可以處於一個非常特殊的狀態，理論上叫做凝聚態，打個比方就像稀糖漿或者蜜糖這樣的狀態。當別 的粒子經過這個「稀糖」時，也就是經過希格斯玻色子場的這個凝聚態時，就獲得了質量。（實際上，每種玻色子總和一定的場相對應。）
總而言之，希格斯玻色子本身有3個極其重要的理論意義：一是它是標準模型中的最後一個待發現的粒子；二是它給楊振寧－米爾斯規範場理論中傳遞弱相互作用的粒子賦予了質量；此外呢，實際上，希格斯玻色子給幾乎所有的基本粒子以質量，除了傳遞電磁相互作用的光子和傳遞強相互作用的膠子。
發現希格斯玻色子的重要學術與現實意義
迄今為止，物理學的標準模型的分成兩個部分，一個就是楊振寧－米爾斯規範場理論，另一個就是與希格斯玻色子有關的對稱性破缺的理論。 楊振寧－米爾斯理論在理論上是相當完美的，它能給我們很多確定的預言，而且很多都被相當精密的實驗所證實。與之相比，希格斯玻色子相關的理論雖然在定性上 非常重要，但是在定量上還很不完善，很不成熟。因此，如果希格斯玻色子被發現，第一個重要意義實際上就是在希格斯相關理論的定量研究上促進了物理學標準模 型的完善和發展。
現有的理論對希格斯玻色子的質量完全不能預言。這次歐洲科學家發現的新粒子，它的質量約為氫原子核的133倍，如果將來證實它確是希格斯玻色子，這就是一個很重要的結果。這個結果為我們將來研究基本粒子理論提供了指導性的方向。例如，在眾多的未來需要探索的問題中，一個可能的方向就是，研究為什麼有一種玻色子（甚或就是希格斯玻色子），它的質量是氫原子核的133倍。
第二個重要意義，這次進展使得標準模型有關希格斯玻色子的部分，可能通過理論和實驗在研究上進一步完善。現在有關希格斯玻色子的研究，定性方面有了一定的基礎，但定量還基本沒有。物理學的研究，不僅僅滿足於定性的研究，還要探索定量的研究，而且是非常精確的定量研究，定量是越準確越好，使得科學知識達到準確、精密的程度。
另外一個重要的理論意義，是對未來宇宙早期演化的研究具有重要的推動作用。也就是說，希格斯玻色子的研究不僅能 促進我們對微觀世界的理解，也能促進我們對宇觀尺度的理解。這也是基礎物理學裡一個很有趣的現象——極小尺度的現象與極大尺度的現象具有一些微妙的連接。 比如說，早期宇宙某個時段的能量標度和我們現在加速器上微觀粒子的能量標度是接近的（註：現在的宇宙由於自身膨脹、能量衰減，其能標已經很低了）。這次發 現的新粒子的質量是氫原子核的133倍，如果證實是希格斯玻色子，這就是進一步開展研究的重要的能量標度。
從現實意義上說，我有一個這樣的看法：好像是一個藝術家，做出了一個很完美的藝術品，這也許和我們日常生活，吃、喝、用，不見得有什麼直接聯繫；但是，在精神上，在科學的理解上，滿足了大家的好奇心和對真知的追求，如同我們對藝術審美的需求一樣。
這次的科學進展，使我們在尋找希格斯玻色子的征途上又前進了一大步，使人們知道以前的標準模型在希格斯玻色子這一塊定性的想法看來還是很不錯的。隨著研究深入和完善，將來物理學的標準模型將進一步完善，這將使得人類對自然界的認識登上一個新的高峰、鑄就一個新的里程碑。
CERN發現的重要價值
此次，歐洲核子研究中心（CERN）學術會上公佈的最新的科學研究成果，有幾個十分重大的價值、重要的進展：
一是新粒子在幾個衰變模式當中都同時出現。當然，因為物理科學的極端嚴謹性，在學術會上，科學家還是說沒能確定是哪個玻色子，因為從最嚴謹的角度講，要在眾多的衰變模式中都出現，而且都具有相同的性質，才能完全確認發現了一個新的粒子。
第二個就是它的研究發現的標差達到了5，這就意味著99.99994%可信概率，這是新粒子發現的一個判據。物理學上，標差的值越高，代表可信度越 高。標差5代表了99.9999%以上的可信度。在科學上必須要這麼高的概率，否則，如果放在幾十億的事件和數據量中統計，它的統計誤差就可能很大。舉個 例子，前些日子，美國費米國家實驗室也宣佈發現了希格斯玻色子的跡象，但是他們只有3.5的標差，這個結果就完全不能算是新發現一個粒子。
第三個、也是更重要的一個發現，就是CERN確定新粒子的質量在氫原子核的133倍左右，這是一個很重要的結果。如果將來確認為希格斯玻色子，這就為相關的物理確定了一個重要的能量標度。這對下一步的標準模型裡的希格斯玻色子相關理論和實驗的發展，都具有指導性的意義。
CERN下一步的研究方向，其實是已經規劃好了的。作為近期一個重要的任務，尋找希格斯玻色子看來已經取得了比較好的進展。沿著這個方向，我相信，下一步他們將進一步「改進統計」，積累更多的數據和事例，然後在更多的衰變模式當中尋找並確認希格斯粒子。
另一方面，CERN的科學家還在尋找標準模型裡沒有的粒子，比如超對稱粒子。如果人類能夠發現標準模型裡沒有的粒子，那將真正是具有改變世界意義的重大突破。發現標準模型裡沒有的粒子，將完全改變理論物理學家看待自然世界的方式。
此外，CERN還在尋找一些新的物理現象，如小黑洞、附加維度等等。這些現象目前只是理論物理學家的假設和猜測，還沒有形成系統的理論。尋找一些新的物理現象，這也是CERN和全世界物理學界的一個重要任務。
我國粒子物理研究的開展情況簡要介紹
我國現在粒子物理研究的某些領域也做出了很有影響的工作，比如在大亞灣進行的中微子振盪實驗，得出了一個重要的參數的數值。這顯示我國對中微子振盪領域的研究，在國際上已佔有一席之地。這個方面的研究，實際上也是和希格斯粒子的物理有重要的關聯。
中國正在進行的尋找暗物質的研究，也是一項值得期待和關注的粒子科學前沿的探索。但是，中國在這些粒子物理前沿領域的理論研究上，還需要進一步努力，去趕超國際領先水平。
(文/果殼網)
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