彼得 · 希格斯是著名的理论物理学家,曾预测玻色子的存在,解释为什么粒子有质量,并在48年后见证了他的同名粒子的发现。

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1964年夏天,英国爱丁堡大学理论物理学家彼得·希格斯(Peter Higgs)撰写了两篇简短的论文,概述他所设想的能够赋予基本粒子(宇宙的基本组成单位)质量的机制。在其中一篇论文中,他特别提出了一个可测量结果——预测存在一种新的大质量粒子。近半个世纪之后,他先前预测的粒子被发现,希格斯也因此成为2013年诺贝尔物理学奖得主之一。2024年4月,希格斯与世长辞。

1970年代,希格斯阐述的机制成为粒子物理学标准模型的核心内容,但其中提到的粒子却始终神秘莫测。直到2012年,6000余名物理学家在欧洲核子研究中心(CERN)开展了两项大型实验,并发现了具有相应特性的粒子。在此之前,这一被命名为“希格斯玻色子”的粒子已经声名大噪。但希格斯本人颇为谦逊,他更愿意称之为“标量玻色子”,以强调其没有自旋的关键特性。

1929年,希格斯出生于英国纽卡斯尔,后来就读于布里斯托尔的科瑟姆文法学校。在那里,他注意到前辈校友保罗 · 狄拉克(Paul Dirac)曾凭借在量子力学领域的杰出贡献而荣获1933年诺贝尔物理学奖,并在学校荣誉榜上被多次提及。因此受到鼓舞,考入伦敦国王学院后便开始攻读物理学,并于1954年获得博士学位。

作为一名徒步旅行爱好者,希格斯对爱丁堡情有独钟。因此,他在1960年欣然接受了爱丁堡大学的讲师职位。长期以来,他一直对亚原子粒子物理学中的对称性怀有浓厚兴趣。在物理学领域,对称性与能量、动量和电荷等量的守恒紧密相关。当时,未来的诺贝尔奖得主、美籍日裔物理学家南部阳一郎(Yoichiro Nambu)正致力于研究一个具有基本对称性的理论,但其中的粒子却没有质量。他试图通过一种名为“自发对称性破缺”的机制来产生质量。然而,这种对称性破缺同时也会产生零自旋的无质量粒子,但当时并没有任何证据支撑这一点。

1964年,希格斯洞察到借助规范理论或许能够绕开这一难题。希格斯指出,与自发对称性破缺相关的无质量粒子会被“吸收”为大质量粒子。围绕这一主题,希格斯发表了两篇简短的论文,其中一篇更是明确预测了一种自旋为零的巨大粒子。

1960年代,该领域曾一度被科学界边缘化,但希格斯并非孤军奋战。1964年,另外两篇关于该机制的论文相继发表,其中一篇甚至早于希格斯的论文。然而,只有希格斯引发了人们对这种相关的大质量零自旋粒子的关注。从1970年代开始,该粒子被命名为“希格斯玻色子”,并一直沿用至今。

大约就在这个时期,希格斯发现自己在理论粒子物理学的道路上迷失了方向。除了教学,他还参与大学的工会事务,但很少撰写物理论文。然而,随着人们对他关于自发对称性破缺工作的认识进一步加深,演讲邀请纷至沓来,其中一个备受欢迎的演讲题目是“寻找希格斯玻色子的一生”。

对于将2013年诺贝尔物理学奖授予希格斯和比利时物理学家弗朗索瓦 · 恩格勒(Francois Englert,即1964年先于希格斯发表论文的作者),任何人(包括希格斯本人)都不会感到惊讶。因为自1980年代起,希格斯玻色子一直是粒子物理学领域的焦点,同时也引发了公众和媒体的广泛关注。欧洲核子研究中心的大型强子对撞机建成后,关注度达到顶峰。人们满怀期待,寄望于这台尖端设备能够捕捉到标准模型中一直缺失的一环——希格斯玻色子。这位行事低调的物理学家因此成为媒体明星。

希格斯酷爱音乐,但对现代科技的附属产物几乎毫无兴致——他没有电视,也不上网。但希格斯也并非与世隔绝,他具有强烈的社会良知,曾参加核裁军运动并加入绿色和平组织。在诸多方面他都表现得谦逊有礼,拥有极具感染力的幽默感。他一直坚守着自己认为重要的工作,并为此感到自豪。也正是这项工作,最终使他功成名就。

资料来源Nature