后“上帝粒子”时代：基础物理何去何从

来源：中国科学报 2014-2-26 丁佳

　　2月23日晚，williamhill官网报告厅座无虚席。充满了好奇心的听众翘首以盼，想看看今夜会有怎样的“大咖”莅临现场。

　　这同样是世界物理学界的一场盛事。自从被誉为“上帝粒子”的希格斯粒子被科学家找到后，基础物理学来到了一个全新的十字路口。国际高能物理研究，特别是高能量前沿研究也迎来关键的转折期。人们相信，发展方向的选择将影响未来50年高能物理的发展。

　　当晚，包括诺贝尔奖得主在内的数位世界一流物理学家来到这个由williamhill官网、北京大学、中科院高能物理所、中科院理论物理所、中国科学院大学联合举办的论坛，商讨后“上帝粒子”时代基础物理学的未来发展。

回味美妙时刻

　　“上帝粒子”已经跟人类捉了半个世纪的迷藏。

　　1964年，英国物理学家彼得•希格斯在论文中提出了一种粒子场的存在，认为这种粒子是物质的质量之源，其他粒子在这种粒子形成的场中游弋并产生惯性，进而形成质量，再构成大千世界。

　　可直到2012年7月4日，欧洲核子研究中心（CERN）才宣布发现了希格斯粒子。2013年，诺贝尔物理学奖毫无争议地颁给了希格斯粒子的预言者——弗朗索瓦•恩格勒以及希格斯本人。

　　作为CERN大型强子对撞机CMS实验组的发言人，美国加州大学圣巴巴拉分校教授约瑟夫•英坎德拉可能是最接近幸福的人。在那个激动人心的时刻，正是他代表实验组宣布了希格斯粒子的发现。“作为实验物理学家，我最大程度地享受了这一过程。实验极其困难，历时20余年、60个国家参与，具有极大的挑战性。各国的年轻人积极参与该实验，并作出了很多贡献。”

　　加州大学伯克利分校教授村山齐也承认，希格斯粒子的发现让他非常激动。“首先这个实验太困难了。另外，我其实一直不相信它会被发现，因为这个粒子实在是太奇怪了。”村山齐说，“当然，最后的结果证明我错了。”

“上帝”给物理学家的另一个机会

　　有人将“上帝粒子”称为粒子物理标准模型的基石。在诺贝尔物理学奖得主杰拉德•特•胡夫特看来，标准模型现在应该叫作“标准理论”。

　　“可退回几十年，我们不仅没有标准模型，甚至都无法想象会有这样的理论出现。科学正是通过许多‘偶然’的发现而取得突破的。”他说，“希格斯粒子被称为‘上帝粒子’，但我们不认为它是上帝的反映，我们更倾向于认为希格斯粒子是人类成功认识自然规律的反映。标准模型是一个伟大而美丽的模型，但它也不是完美的。在很高能量或很小尺度下，标准模型就有可能被修正。”

　　美国科学院院士、中科院外籍院士丘成桐也觉得，现在物理学界迎来了一个“上帝”赐给的良机，那就是建造一个更大型的对撞机，探索更多的物理现象。

下一站，中国

　　在此次论坛中，多位物理学家都将中国视为下一个希望所在。普林斯顿高等研究院教授、菲尔茨奖获得者爱德华•威腾直言：“现在正是中国成为这一领域领袖的最好时机。”

　　实际上，中国科学家也在梦想着一个宏大的计划。中科院高能物理所所长王贻芳透露说，中国科学家在2012年提出了建造下一代环形正负电子对撞机并适时转为质子—质子对撞机的方案，在国际上引起巨大反响。

　　“现在的北京正负电子对撞机大约还有8年的科学寿命，我们必须提前5～10年策划新的科学装置。”王贻芳告诉《中国科学报》记者，“有了下一代环形正负电子对撞机，科学家就能进行更高精度的测量和更大能量的探索。”

　　这一全新的大科学装置能量可达240千兆电子伏，约相当于现在北京正负电子对撞机的60倍。它将瞄准希格斯粒子发现后对撞机实验的核心前沿物理问题，精确测量希格斯粒子的性质，搜索标准模型背后更基础的物理规律。

　　诺贝尔物理学奖得主、美国科学院院士大卫•格罗斯也为中国人的梦想感到兴奋。他将这一计划称为“中国伟大加速器”。“它会和万里长城一样引人瞩目，但会比万里长城的作用更大。”

　　“只有世界最先进的科研项目，才能吸引青年学者和世界顶级科学家来工作，这符合国家的人才战略。自从CERN拥有世界最大、最先进的加速器后，欧洲就代替美国成为世界高能物理研究的中心。”王贻芳说，“希格斯粒子发现后，中国也有了一个机会，我们利用成熟的环形加速器技术建造一个希格斯工厂，研究世界上最先进的课题。只有搞清楚希格斯粒子的性质，才有可能了解粒子物理未来的方向。”