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这个最神秘粒子的命名,承载了诸多美国物理学家的怨念,背后的真相是......

2024-04-16 来源: 搜狐 原文链接 评论0条

诺贝尔奖得主、英国理论物理学家彼得·希格斯在 2024 年 4 月 8 日去世,享年 94 岁。他毕生最著名的成就,是预言了理论物理标准模型里一种至关重要的粒子和它的作用机制。

图源:爱丁堡大学官网

正是凭借这一贡献,他获得了 2013 年诺贝尔物理学奖。这种粒子在物理学内部就叫希格斯玻色子,但在大众媒体里有一个更加响亮得多的外号——“上帝粒子”。

这粒子怎么就“上帝”了呢?是说它是“上帝创造的”,还是说它在物理学的地位相当于“上帝”?

都不是。实际上它和上帝的字面和比喻义都没有关系。科学界里差劲的名字很多,但如果让科学家来投票最差名词,上帝粒子这个名字很有可能拿到第一名。

为什么科学界不喜欢

“上帝粒子”这个名称?

上帝粒子这一名称第一次出现,是物理学家利昂·莱德曼的科普书《上帝粒子》。

不过在书里他说,这个名字并非自己本意,本来想叫它“遭天谴的”(goddamn)粒子,因为它给物理学家带来了大麻烦。但因为出版方强烈反对,要求截短为“上帝”(god)粒子,他也只能同意。

对于这个新名字,他倒也强行提供了一个解释:在《旧约·创世纪》第十一章里有一个神话,说原本所有人类的语言是共通的,但后来因为人类想要修一座通天塔,惹怒了上帝,所以上帝变乱了他们的语言,让人类彼此无法沟通,这就是巴别塔的神话(巴别就是“混乱”或者“迷惑”的意思)。

莱德曼说,希格斯粒子说不定就是上帝他老人家弄出来令人迷惑的东西。他甚至在书里把这神话套在希格斯子上给仿写了一遍,把对撞机比作通向宇宙奥秘的当代巴别塔。

这解释很明显是强词夺理的事后补救。在宗教神话里,上帝干过的事情多了去了。再者说,如果非要用这个典故,也是叫“巴别粒子”更合适。但总而言之,他就这么叫了。这名字也就传开了。

在科学界内部,没几个人喜欢上帝粒子这个名字。虽然起名字夸张在科学里并不罕见,但这名字不但夸张得离谱,也“夸”错了方向。希格斯玻色子当然和任何宗教里的神灵都没有关系,但也不能解决理论物理的所有问题,甚至和宇宙的根本起源都没有多大关系,总之在各种意义上都和上帝不沾边。

希格斯本人是无神论者,很不喜欢这个名字,认为它可能会冒犯别人。研究希格斯玻色子的物理学家也基本上一致反对这名字。物理学家们屡次提议要改个新名,但这名字原本就是大众媒体而非物理学界内部在用,这些建议也只能是泥牛入海。

所以这到底是谁的锅呢?有些观点把责任全推给出版社,认为这个糟糕的名字和物理学家无关。但其实,考虑到当时的历史背景,莱德曼同意采取这个名字的时候几乎肯定是有动机的。

《上帝粒子》一书

诞生的背景

《上帝粒子》一书不仅是在科普当时尚未发现的希格斯玻色子,也大力吹捧了粒子加速器在基础物理中的作用,而莱德曼本人力推的加速器——超导超级对撞机,那年正面临“生死关头”。

莱德曼摄于费米实验室。图片来源:public domain

当时,莱德曼是费米实验室的第二任主任。他的前任是物理学家罗伯特·威尔逊。当年,威尔逊在为实验室寻求经费建设粒子加速器的时候,曾经接受原子委员会质询。

当一位议员问他“这个加速器和国家安全之间是否有何关联”时,威尔逊留下了一句著名回答:“它和保卫国家没有任何直接关系,除了让这个国家变得更值得保卫。”这句话令当时的物理学界士气大振,询证会也顺利通过。1969 年 10 月 3 日加速器动工,威尔逊亲手铲起了第一铲土。

不过,那已经是过去的事情了。威尔逊本人已经在 1978 年抗议经费削减而辞职。莱德曼随后接手实验室。他想尽办法把原来的加速器升级到了 1 兆电子伏(因而更名为兆电子伏加速器),但要进一步突破,还需从头修建新的加速器。

1984 年,雄心勃勃的超导超级对撞机在莱德曼的力推之下上马,预计全长 87 千米,抵达 40 兆电子伏的超高能量。如果希格斯子存在,这台对撞机几乎肯定能找到它的身影。

时间来到 1993 年。超导超级对撞机依然只是得克萨斯荒野地下一条长 22 千米的坑道,但钱已经花掉了 20 亿。那时候,苏联已经解体,国会失去了冷战的鞭策,政府债务突破两千亿美元,而新总统克林顿对于前任上马的项目并不太热心。

其他领域科学家也提出了质疑,另一个重要项目国际空间站也严重超支,看来只能二选一了。欧洲人的经费留给了自己的大型强子对撞机(LHC)。此外,在原定要讨论超导超级对撞机经费合作的美日贸易峰会上,老布什突发肠胃炎,吐在了日本首相宫泽喜一的衣服上并当场昏倒,后续讨论被迫取消。

莱德曼的《上帝粒子》一书,正是诞生在这样的背景下。他希望靠这本书来唤起公众对高能物理领域的注意——或许可以凭此影响国会政策,挽救他的心血。原定的名称“遭天谴的粒子”本来也是一个极为“标题党”的名字,换成上帝粒子虽然大大夸张了,但恐怕并没有违反莱德曼的本意。

然而,他失败了。

书出版的同年 3 月,纽约时报报道称,加速器的预计开支已经增长到了 80 亿美元。6 月,非营利组织发布的报告认为对撞机经费存在严重的管理不当问题。10 月 19 日,众议院拒绝了后续经费。30 日,总统签署了项目取消的法案。

在欧洲,大型强子对撞机于 1998 年动工,2008 年建成,并以超导超级对撞机六分之一的能量,在 2012 年发现了希格斯玻色子本尊。当年威尔逊所建设的费米实验室加速器,因各种原因于 2011 年停止运行。如今,美国还在运行的粒子加速器只剩下纽约布鲁海文的相对论性重离子加速器一台。目前,全世界尚未出现任何对撞机能抵达超导超级对撞机预定的能量级别。

在这个意义上,也可以说上帝粒子的命名并非偶然。这名字注定会非常糟糕,因为它承载了不少美国粒子物理学家的怨念。莱德曼梦想的巴别塔还是倒塌了,美国最终选择了抛弃超级对撞机,但这究竟意味着有限的经费投入到了产出更多的领域,还是意味着原本能改变世界的发现就此夭折了呢?这个问题,只能留给时间回答了。

策划制作

作者|范岗 科普作者

审核丨周晓亮 北交大物理实验室高级工程师

策划丨徐来

责编丨一诺

校对丨徐来、林林

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