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第14章 亲爱的我的希格斯在哪儿（第3页）

Z玻色子的属性在“能与弱场耦合”及“不与弱场耦合”之间交替，因此它的弱超荷也在+1和0之间来回变换。但注意，你看谁正在从山顶向我们走来？埃米·诺特！

“你猜怎么着？”她说，“弱超荷也是守恒的。”诺特心满意足地看着自己造成的伤害，淡然离去。

按照诺特的理论，如果Z玻色子开启或关闭弱超荷，那么这个属性一定去往某处或来自某处。弱超荷是一种守恒性质，不会凭空产生或凭空消失。一定还有一个场，它能够从Z玻色子吸收弱超荷，或者向Z玻色子提供弱超荷。这个场就是布绕特-恩格勒-希格斯场。

每次Z玻色子变成左手性的时候，它就从场中吸收弱超荷（吸收一个戈德斯通玻色子）；当它翻转成右手性的时候，它就把弱超荷退还给场（释放一个戈德斯通玻色子）。

我把Z粒子想象成一种发条假牙玩具，它不断地开合，同时吞噬或吐出弱超荷。

下面这张费曼图表示一个Z粒子不断地与布绕特-恩格勒-希格斯场混合与脱离，所以当我发现一个Z粒子的时候，也就“在它的嘴巴里”发现了戈德斯通玻色子。

这张费曼图显示了一个Z粒子呈之字形运动，从左手性（L）跳到右手性（R）。它最开始处于左手性，接着翻转成右手性，并释放一个携带弱超荷的戈德斯通玻色子（见图中虚线）。它暂时处于右手性，接着翻转成左手性，并吸收了一个戈德斯通玻色子，重新获得弱超荷。如此周而复始。

谁在乎呢

当两个粒子相互作用时，它们的场就会耦合。但如果一个粒子不断地改变自己的手性，耦合就会消失。

这就好像一个Z粒子每隔几秒就会变换心情，从愉悦、振奋变得阴郁、古板一样。如果你想给Z粒子讲一个笑话，就必须抓紧时间，因为它会随时变得不苟言笑，你们的互动将不复存在。或者如果你想告诉它宠物马的死讯，也必须抓紧时间，因为你马上就会想出一个关于死马的双关语，并把笑意浮现在脸上。

当Z粒子翻转手性时，它变得更难与之相互作用，而这样的粒子不容易被影响。Z粒子会像子弹穿过烟雾一样穿过周围的各种场，但不改变手性的粒子更容易受影响。

换句话说，快速翻转手性的粒子倾向于保持原来的轨迹，而缓慢翻转手性的粒子很容易偏离航程。我们只需要描述重物体和轻物体之间的区别。

光子能被反弹，是因为它没有质量；而Z粒子不容易被抓住，动量保持不变，这意味着它很重。手性翻转被认为是质量的来源，因此是布绕特-恩格勒-希格斯场使Z粒子有质量，而光子没有质量！

不仅仅是Z粒子。μ子手性翻转的速度比电子更快，这意味着它更难减速，因此μ子比电子更重。当然，事实也是如此。

事实上，W+粒子、W-粒子、电子、μ子、τ子和所有的夸克都在不断地翻转手性，这意味着它们的超荷需要通过布绕特-恩格勒-希格斯场守恒。每一种粒子都通过所谓的“汤川耦合”机制与这个场耦合，这非常合理地解释了为什么粒子一开始就有质量。你看，现在手性不是无用的了吧？

神圣的质量守恒对称性破缺，蝙蝠侠！

正如我们已经看到的，我们没有办法探测布绕特-恩格勒-希格斯场。戈德斯通玻色子允许粒子手性翻转（获得质量），它与粒子混合在一起，我们无法探测到单独的戈德斯通玻色子。

事实上，诺贝尔奖得主利昂·莱德曼写了一整本书描述自己的挫败。他原本起的书名为《该死的粒子》（TheGod-damnParticle），因为戈德斯通玻色子太难找了。可惜出版商不同意这个书名，所以莱德曼简化成《上帝粒子》（TheGodParticle），这个名字的争议就少很多。[6]

那么，当粒子总是与其他粒子混在一起时，我们要如何检测它对应的场？在这个方面，彼得·希格斯比另外两人走得更远，这也就是为什么人们开始把整个场叫作希格斯场（也许也因为更顺口）。

希格斯场与其他场都不同，因此希格斯认为它可以做一些新奇的事情：携带振**波。其他场在空间中的每一点都有0值，但希格斯场没有，如果你给它足够的振**，你就可以向它发送瞬时压缩，作为希格斯场中的瞬时量子被检测到。这就是希格斯玻色子。

从学术上来说，希格斯玻色子并不有趣，它只是证明了希格斯场的存在，这就是物理学家在2012年很难解释它的原因。大型强子对撞机的圆周为27千米，造价为90亿美元，并且每年还要花费10亿美元运行这台机器，大约消耗1。3太瓦（1）的电力。因此如果记者非常平和地问“希格斯玻色子是做什么用的”，而你回答“它什么都做不了”，这个回答就实在是太不明智了。

希格斯场和戈德斯通玻色子的确做了一些有趣的事情，但它们太狡诈了，所以我们必须在场中创造一个没有意义的粒子，看戈德斯通玻色子是否在那儿。希格斯玻色子并没有赋予粒子质量，但它证明粒子获得质量的理论是正确的。这就是大型强子对撞机的作用。

取一束强子（夸克组成的粒子），把它们发射到巨大的隧道之中，隧道通过电磁力使强子循环加速，就像一个巨大的离心机。这些强子的速度达到光速的99。9%，温度比太空稍低，然后使在循环中的不同点撞击在一起，释放出的能量最终分布在整个场中。

有时你会听到这样的描述：就好像夸克撞在一起，里面的粒子掉出来。但这是不对的。夸克里没有粒子，但它们撞在一起的时候会释放巨大的能量，这些能量会转移到其他场中。撞击也产生了电子、μ子、τ子、中微子、反物质、胶子、光子、W粒子、Z粒子，如果足够幸运，就会撼动希格斯场，而我们就能从读数中看到一个微小的光点。

2012年7月4日，这一重大发现终于在法国一个拥挤的演讲厅里被公布。演讲只用了一张PPT，上面是漫画字体，但也毫不逊色。人们终于发现了具有希格斯玻色子预期属性的粒子。

掌声响起的时候，听众席里的彼得·希格斯开始哭泣。他48年的研究结束了，他的假设得到了证实。

埃米建的房子

量子场论中粒子的完整列表非常庞大。以夸克的数量为例，最开始有6个主要的场：上夸克、下夸克、粲夸克、奇夸克、顶夸克和底夸克，每种夸克都有3种可能的色荷（红、绿、蓝），因此共有18个粒子／场；接着，我们还要考虑所有的反物质夸克，加起来是36个，如果还要考虑左手性和右手性，那就是72个。

然而，大多数变种都非常像，所以与其把所有可能的粒子放在一个粒子周期表中，我们不如画一个简要的列表，如下：

你所看到的，是我们把一个世纪以来的科学实验和诺特定理的对称性结合在一起。

诺特奠定了基础，狄拉克、费曼、盖尔曼、温伯格、格拉肖、希格斯等许多人创造了这个精巧而美丽的复杂结构。

这被称为粒子物理的标准模型，因为它建立了每一种粒子以及它们之间每一种相互作用的理论模式。这是物理学的最高成就。

对一些人来说，大型强子对撞机似乎是一种浪费。但是请记住，这是一台用于测试宇宙最伟大理论的机器。量子场论和诺特定理给我们提出了最宏大的问题，因此我们创建一个最宏大的答案是理所当然的。

（1）　1太瓦=1012瓦—译注