彼得???希格斯（1929—2024）

許林玉/編譯

彼得 · 希格斯是著名的理論物理學(xué)家，曾預(yù)測(cè)玻色子的存在，解釋為什么粒子有質(zhì)量，并在48年后見證了他的同名粒子的發(fā)現(xiàn)。

1964年夏天，英國愛丁堡大學(xué)理論物理學(xué)家彼得 · 希格斯（Peter Higgs）撰寫了兩篇簡(jiǎn)短的論文，概述他所設(shè)想的能夠賦予基本粒子（宇宙的基本組成單位）質(zhì)量的機(jī)制。在其中一篇論文中，他特別提出了一個(gè)可測(cè)量結(jié)果——預(yù)測(cè)存在一種新的大質(zhì)量粒子。近半個(gè)世紀(jì)之后，他先前預(yù)測(cè)的粒子被發(fā)現(xiàn)，希格斯也因此成為2013年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主之一。2024年4月，希格斯與世長辭。

1970年代，希格斯闡述的機(jī)制成為粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的核心內(nèi)容，但其中提到的粒子卻始終神秘莫測(cè)。直到2012年，6000余名物理學(xué)家在歐洲核子研究中心（CERN）開展了兩項(xiàng)大型實(shí)驗(yàn)，并發(fā)現(xiàn)了具有相應(yīng)特性的粒子。在此之前，這一被命名為“希格斯玻色子”的粒子已經(jīng)聲名大噪。但希格斯本人頗為謙遜，他更愿意稱之為“標(biāo)量玻色子”，以強(qiáng)調(diào)其沒有自旋的關(guān)鍵特性。

1929年，希格斯出生于英國紐卡斯?fàn)?，后來就讀于布里斯托爾的科瑟姆文法學(xué)校。在那里，他注意到前輩校友保羅 · 狄拉克（Paul Dirac）曾憑借在量子力學(xué)領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)而榮獲1933年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，并在學(xué)校榮譽(yù)榜上被多次提及。因此受到鼓舞，考入倫敦國王學(xué)院后便開始攻讀物理學(xué)，并于1954年獲得博士學(xué)位。

作為一名徒步旅行愛好者，希格斯對(duì)愛丁堡情有獨(dú)鐘。因此，他在1960年欣然接受了愛丁堡大學(xué)的講師職位。長期以來，他一直對(duì)亞原子粒子物理學(xué)中的對(duì)稱性懷有濃厚興趣。在物理學(xué)領(lǐng)域，對(duì)稱性與能量、動(dòng)量和電荷等量的守恒緊密相關(guān)。當(dāng)時(shí)，未來的諾貝爾獎(jiǎng)得主、美籍日裔物理學(xué)家南部陽一郎（Yoichiro Nambu）正致力于研究一個(gè)具有基本對(duì)稱性的理論，但其中的粒子卻沒有質(zhì)量。他試圖通過一種名為“自發(fā)對(duì)稱性破缺”的機(jī)制來產(chǎn)生質(zhì)量。然而，這種對(duì)稱性破缺同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生零自旋的無質(zhì)量粒子，但當(dāng)時(shí)并沒有任何證據(jù)支撐這一點(diǎn)。

1964年，希格斯洞察到借助規(guī)范理論或許能夠繞開這一難題。希格斯指出，與自發(fā)對(duì)稱性破缺相關(guān)的無質(zhì)量粒子會(huì)被“吸收”為大質(zhì)量粒子。圍繞這一主題，希格斯發(fā)表了兩篇簡(jiǎn)短的論文，其中一篇更是明確預(yù)測(cè)了一種自旋為零的巨大粒子。

1960年代，該領(lǐng)域曾一度被科學(xué)界邊緣化，但希格斯并非孤軍奮戰(zhàn)。1964年，另外兩篇關(guān)于該機(jī)制的論文相繼發(fā)表，其中一篇甚至早于希格斯的論文。然而，只有希格斯引發(fā)了人們對(duì)這種相關(guān)的大質(zhì)量零自旋粒子的關(guān)注。從1970年代開始，該粒子被命名為“希格斯玻色子”，并一直沿用至今。

大約就在這個(gè)時(shí)期，希格斯發(fā)現(xiàn)自己在理論粒子物理學(xué)的道路上迷失了方向。除了教學(xué)，他還參與大學(xué)的工會(huì)事務(wù)，但很少撰寫物理論文。然而，隨著人們對(duì)他關(guān)于自發(fā)對(duì)稱性破缺工作的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加深，演講邀請(qǐng)紛至沓來，其中一個(gè)備受歡迎的演講題目是“尋找希格斯玻色子的一生”。

對(duì)于將2013年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予希格斯和比利時(shí)物理學(xué)家弗朗索瓦 · 恩格勒（Fran?ois Englert，即1964年先于希格斯發(fā)表論文的作者），任何人（包括希格斯本人）都不會(huì)感到驚訝。因?yàn)樽?980年代起，希格斯玻色子一直是粒子物理學(xué)領(lǐng)域的焦點(diǎn)，同時(shí)也引發(fā)了公眾和媒體的廣泛關(guān)注。歐洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)建成后，關(guān)注度達(dá)到頂峰。人們滿懷期待，寄望于這臺(tái)尖端設(shè)備能夠捕捉到標(biāo)準(zhǔn)模型中一直缺失的一環(huán)——希格斯玻色子。這位行事低調(diào)的物理學(xué)家因此成為媒體明星。

希格斯酷愛音樂，但對(duì)現(xiàn)代科技的附屬產(chǎn)物幾乎毫無興致——他沒有電視，也不上網(wǎng)。但希格斯也并非與世隔絕，他具有強(qiáng)烈的社會(huì)良知，曾參加核裁軍運(yùn)動(dòng)并加入綠色和平組織。在諸多方面他都表現(xiàn)得謙遜有禮，擁有極具感染力的幽默感。他一直堅(jiān)守著自己認(rèn)為重要的工作，并為此感到自豪。也正是這項(xiàng)工作，最終使他功成名就。

資料來源Nature