燒錢(qián)的上帝粒子

蕭菡

原子核發(fā)現(xiàn)者、諾獎(jiǎng)得主盧瑟福（Ernest Rutherford）曾說(shuō)過(guò)：所有的科學(xué)，要么是物理學(xué)，要么是集郵。

這句名言幾乎就是現(xiàn)代粒子物理學(xué)家的致命傷——他們窮盡一生，只為發(fā)現(xiàn)一種新粒子，而后得以在物理學(xué)界獲得一席之地。美國(guó)物理學(xué)家加來(lái)道雄在《高維空間》一書(shū)中嘲諷道：標(biāo)準(zhǔn)模型不是物理學(xué)，它更像是集郵——僅僅憑借表面上的相似之處，就對(duì)那些不甚了解的物質(zhì)進(jìn)行歸類。

有“上帝粒子”之稱的希格斯玻色子，正是“標(biāo)準(zhǔn)模型”所缺失的神秘拼圖，因此也成為了量子理論的圣杯。

不能說(shuō)標(biāo)準(zhǔn)模型是失敗的。相反，它太過(guò)成功了。過(guò)去我們?cè)詾槲镔|(zhì)的最小組成部分是原子，但后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)模型，物理學(xué)家終于意識(shí)到，微觀的世界由61種基本粒子構(gòu)成——除了電子是為人熟知的，另有名稱各異的夸克，還有中微子、μ子、τ子、光子、膠子、W和Z玻色子……以及它們的反粒子。

絕大多數(shù)粒子是可以驗(yàn)證的，歐洲核子研究中心（以下簡(jiǎn)稱CERN）最引以為豪的就是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（簡(jiǎn)稱LHC），通過(guò)讓接近光速的質(zhì)子流對(duì)撞，4個(gè)巨大的探測(cè)器記錄下撞擊過(guò)程中四散的碎片以及它們衰變的軌跡，同時(shí)尋找新粒子?；谶@樣的實(shí)驗(yàn)，長(zhǎng)篇累牘的數(shù)據(jù)支持著標(biāo)準(zhǔn)模型和背后的量子理論，以至于每次國(guó)際物理學(xué)會(huì)議都“像一枚批準(zhǔn)它的橡皮圖章”。

加來(lái)道雄描繪說(shuō)，在一次典型的物理學(xué)會(huì)議上，他留意到半數(shù)人昏昏欲睡，講演者卻一張張地展示圖片，喃喃細(xì)語(yǔ)，證明這些最新數(shù)據(jù)是如何符合標(biāo)準(zhǔn)模型。

過(guò)去的幾十年中，沒(méi)能誕生第二個(gè)愛(ài)因斯坦。誠(chéng)然，提出一種全新的革命性理論，比通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)某個(gè)新粒子難太多。

燒錢(qián)無(wú)底洞

三年前我有幸去過(guò)CERN，那是2008年金融海嘯后不久。相比日內(nèi)瓦滿街的雷諾與菲亞特，停在實(shí)驗(yàn)室門(mén)口的定制版跑車和酷得冒煙的機(jī)車，徹底顛覆了我對(duì)傳統(tǒng)科學(xué)家的印象。帶我們參觀的年輕博士，領(lǐng)著美國(guó)的工資，住在物價(jià)低廉的意大利，日常工作不過(guò)是跟蹤著瑞士的研究。甚至有笑話說(shuō)，光CERN就養(yǎng)活了地球上一半的物理學(xué)家。

在歐洲經(jīng)濟(jì)遭遇重創(chuàng)的今天，拿出具體的研究成果顯得異常迫切。要知道，建造LHC不僅花了10年時(shí)間，更耗費(fèi)了47.5億美元。

據(jù)歐洲媒體報(bào)道，LHC的運(yùn)營(yíng)經(jīng)費(fèi)每年高達(dá)10億美元。其中固然有一系列私人贊助商，如英特爾、IBM、甲骨文等科技巨子，但資金來(lái)源的大頭還是CERN。

2009年的數(shù)據(jù)顯示，德國(guó)、法國(guó)、意大利和西班牙為CERN的預(yù)算共同貢獻(xiàn)了55%，此外還有英國(guó)的14.7%，甚至泥菩薩過(guò)河的希臘也占了2%。

眾所周知，此輪歐債危機(jī)遭受重創(chuàng)的有希臘、西班牙，而意、法經(jīng)濟(jì)預(yù)期變壞，英國(guó)陷入雙底衰退，歐洲主權(quán)國(guó)家對(duì)這種無(wú)底洞似的巨資投入意愿已經(jīng)大大減弱。

拿納稅人的錢(qián)來(lái)開(kāi)玩笑，已經(jīng)讓各國(guó)議會(huì)壓力山大。早在2008年LHC啟動(dòng)時(shí)，英國(guó)政府的首席科學(xué)顧問(wèn)大衛(wèi)·金就質(zhì)疑，100億美元的預(yù)算難道沒(méi)有更好的用處——比如應(yīng)對(duì)全球氣候劇變與疾病？

金融壓力讓類似的高成本項(xiàng)目如履薄冰。2011年，當(dāng)美國(guó)伊利諾斯州費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的原子對(duì)撞機(jī)Tevatron在尋找希格斯粒子的道路上取得關(guān)鍵進(jìn)展時(shí)，由于預(yù)算削減，不得不叫停。

然而，任何與LHC相關(guān)的物理學(xué)家都堅(jiān)持說(shuō)，每一個(gè)銅板都是值得的。即使現(xiàn)在還無(wú)法預(yù)言有什么實(shí)質(zhì)性的益處，（就像當(dāng)年法拉第被嘲笑“電有什么用”），但距近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)最大的發(fā)現(xiàn)近在咫尺，實(shí)在沒(méi)理由放棄。

但在這波經(jīng)濟(jì)危機(jī)中，CERN還是勒緊了腰帶——2010年已經(jīng)把預(yù)算降至31.5億美元，彼時(shí)的調(diào)整卻不針對(duì)LHC。

7月4日，在CERN宣稱發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子后，《福布斯》統(tǒng)計(jì)，尋找“上帝粒子”的總成本已高達(dá)132.5億美元?！缎l(wèi)報(bào)》評(píng)論說(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)或?qū)⒐奈铓W洲的領(lǐng)導(dǎo)人繼續(xù)買(mǎi)單。

同時(shí)，一些市民卻認(rèn)為是“徹頭徹尾地浪費(fèi)時(shí)間、金錢(qián)和腦力”。試想，若LHC停機(jī)一天，所節(jié)省的電力幾乎就可以為CERN所在地日內(nèi)瓦的所有住宅供電了。

互聯(lián)網(wǎng)上不少人猜疑新粒子的公布與CERN的資金壓力有關(guān)，但美國(guó)物理學(xué)家沃伊特（Peter Woit）表示CERN并沒(méi)有迫在眉睫的預(yù)算問(wèn)題，“據(jù)我所知，他們的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中未來(lái)多年還能夠進(jìn)行，僅僅是指維持LHC運(yùn)行，而不是修建新設(shè)備或?qū)HC升級(jí)?！?/p>

最后，他說(shuō)自己相信“（CERN）沒(méi)有為了資金而夸大希格斯玻色子的證據(jù)”。諷刺的是，在剛過(guò)去的6月，CERN顏面盡失地正式收回了去年9月“中微子超光速”的研究成果——急于求成的心態(tài)也許正是造成上述烏龍事件的原因之一。

勝利與悲傷

說(shuō)到希格斯粒子本身，與CERN官方的樂(lè)觀相對(duì)應(yīng)，老牌科學(xué)雜志《自然》以“物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了新粒子，但它是希格斯嗎？”為題，謹(jǐn)慎地談及這一發(fā)現(xiàn)：有一個(gè)很像希格斯粒子的新微粒出現(xiàn)了。

不夠和諧的是，ATLAS實(shí)驗(yàn)室的當(dāng)事人之一、物理學(xué)家穆雷（Bill Murray）說(shuō)這種新粒子的衰變與理論預(yù)測(cè)的希格斯粒子還不盡相同——驗(yàn)證它是不是希格斯玻色子的關(guān)鍵就在于其衰變后產(chǎn)生的粒子。末了，穆雷補(bǔ)充說(shuō)，現(xiàn)在的數(shù)據(jù)還很初級(jí)。

如果這個(gè)粒子被證明真的存在，83歲的希格斯（Peter Higgs）將無(wú)可置疑地獲得那個(gè)遲遲不到的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

如果愛(ài)因斯坦在世，他會(huì)為這一發(fā)現(xiàn)叫好嗎？

可能不會(huì)。因?yàn)?，在?ài)因斯坦眼中，描述數(shù)十種夸克、輕子的標(biāo)準(zhǔn)模型——量子理論的基石，是丑陋的木頭，不是廣義相對(duì)論那樣簡(jiǎn)明而具有美感的大理石；而物理學(xué)的至理，絕不是標(biāo)準(zhǔn)模型的完善，而是量子理論與引力的統(tǒng)一——哪怕希格斯玻色子可以完成標(biāo)準(zhǔn)模型的拼圖，但標(biāo)準(zhǔn)模型中甚至沒(méi)有引力的位置——在我們可見(jiàn)的世界里，引力往往比所謂的弱作用力、強(qiáng)作用力更直觀。

現(xiàn)代的另一位物理學(xué)天才斯蒂芬·霍金，也從沒(méi)瞧得上希格斯玻色子，他甚至公開(kāi)打賭說(shuō)找不到這種粒子（現(xiàn)在他已告訴BBC可能要輸?shù)?00美元了）?；艚?，仍在研究超弦理論。

《大西洋月刊》報(bào)道說(shuō)，很多物理學(xué)家都同意：希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)，將是物理學(xué)家的勝利，但對(duì)物理學(xué)來(lái)說(shuō)卻是悲傷。