“上帝粒子”之父希格斯的千山独行

作者: 邢志忠

来源: 赛先生

发布日期: 2024-04-11 10:32:13

文章讲述了英国物理学家彼得·希格斯的一生,他因提出希格斯机制和预言希格斯玻色子而闻名,最终在2013年与弗朗索瓦·恩格勒共同获得诺贝尔物理学奖。希格斯一生只发表了八篇纯学术论文,科研产量低但影响力巨大,他的生涯充满了传奇色彩,尤其是在晚年成为公众关注的焦点。

英国物理学家彼得·希格斯(Peter Higgs)是粒子物理学界近百年来的传奇人物之一。他一生只发表了八篇纯学术的论文,自1979年以后就金盆洗手,不再做科研,也不申请经费,更不带学生,只专心教书,以及等待诺贝尔奖。而这让高调和高产的同胞史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)十分看不惯。霍金曾多次嘲讽希格斯的做派,并坚称希格斯在1964年所预言的“上帝粒子”——希格斯玻色子根本不存在。

可是2012年7月,希格斯粒子在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机上被发现;2013年12月,希格斯和差不多同时提出规范对称性自发破缺机制的比利时物理学家弗朗索瓦·恩格勒(François Englert)分享了当年的诺贝尔物理学奖。

1929年5月29日,彼得·希格斯出生在英格兰泰恩河畔的纽卡瑟。

少年时期的他,曾就读于英国西部港口城市布里斯托尔的科塔姆中学,成为偶像物理学大师保罗·狄拉克(Paul Dirac)的校友。1950年,希格斯在伦敦国王学院毕业并获得物理学学士学位,随后继续留在国王学院攻读理论量子化学博士学位,他的博士论文选题与分子振动理论中的一些问题相关。

1954年获得博士学位以后,希格斯先后在爱丁堡大学、伦敦大学学院和伦敦帝国学院获得临时研究职位,直到1960年才以讲师身份正式加盟爱丁堡大学,这是他心目中的另一位英雄人物——物理学大师詹姆斯·麦克斯韦(James Maxwell)曾经工作过的地方。

1964年称得上是希格斯职业生涯的巅峰之年,他发表了两篇论文,篇幅均一页半,署名一个人。

其中题为“破缺的对称性、无质量的粒子与规范场”的论文发表在欧洲物理学会主办的专业期刊《物理快报》上,而题为“破缺的对称性与规范玻色子的质量”的论文被上述杂志拒绝、转而发表在美国物理学会主办的《物理评论快报》上。这两篇论文包含了希格斯机制的基本思想,并预言了一种全新的基本粒子——自旋量子数等于零的希格斯玻色子的存在,让希格斯名声大噪。

这一年恰好是他获得博士学位之后的第十年,可谓“十年不鸣一鸣惊人,十年不飞一飞冲天”。

迄今为止,希格斯的上述两篇论文的引用率分别超过了5500次和7700次,成为粒子物理学的经典文献,也是希格斯登上诺贝尔物理学奖领奖台的垫脚石。由于希格斯一生总共才发表了八篇纯学术的期刊论文,因此他的论文平均单篇引用率超过了1000次。

与希格斯相比,电弱统一理论之父史蒂文·温伯格(Steven Weinberg)和弦论之父爱德华·威滕(Edward Witten)的期刊论文平均单篇引用率分别约为500次和560次。在这个意义上可以说,科研产量超低的希格斯取得了“以少胜多”的辉煌战果。

希格斯那时大概已经意识到,自己无法再次拥有1964年的巅峰状态,而且自己科研的面太窄,无法像同时代的其他著名理论物理学家那样在几个领域、多个方向开展成果累累的前沿研究,再做下去恐怕有损来之不易的崇高声望。于是从来也没怎么在学术界走动的希格斯选择了彻底退出江湖,不申请科研经费,也不带研究生,只是专心教书,直到1996年退休。

当然,我们可以想见,希格斯在漫长的“无所事事”的岁月中,内心肯定渴望自己所预言的“希格斯玻色子”能够在高能物理学实验中被发现。

2012年7月以后,从学生时代起就喜欢清静并刻意保持低调的希格斯成为大众媒体追逐的明星,这位已到耄耋之年的理论物理学家终于活成了自己原本不太喜欢的霍金教授的样子,包括跟随媒体的节奏摆拍照片。作为“上帝粒子”之父,希格斯甚至不得不考虑怎样摆拍才使自己更像上帝一些,从而让大众为之倾倒。可以说,希格斯教授在晚年直接参与和见证了科学家和科学界在数字时代娱乐化的进程。

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