http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2013-10-13
解读2013诺贝尔物理学奖：描述世界如何构成
2012年7月4日，欧洲核子中心宣布发现希格斯粒子的会议现场，François Englert和Peter Higgs首次见面 图片来源：欧洲核子中心（CERN）
宇宙在诞生时可能是对称的，而看不见的希格斯场的对称性则可以被比喻成一只被置于一个圆形碗内的一个圆球来描述。但大爆炸仅仅10-11秒之后，希格斯粒子便偏离了对称中心，抵达其最低能态，从而打破了这种对称性
这是LHC设备中ATLAS探测器得到了一幅图像，图中4条红线可能是μ子，它们可能是短寿命并瞬间衰变消失的希格斯粒子产生的
希格斯粒子在产生之后几乎瞬间就会衰变成两个光子，它们留下的路径（图中绿色），可以在这张来自CMS探测器的图像中观察到 图像来源：CERN,
尽管希格斯粒子的发现最终填补了标准模型中缺失的最后一环，但标准模型本身却并非揭开宇宙终极奥秘的最终一环
新浪科技讯 北京时间10月8日消息，彼得·W·希格斯(Peter W. Higgs) 和弗朗索瓦·恩格勒(Fran·ois Englert)分享了今年的诺贝尔物理学奖，他们获奖的成果是在1964年提出的一项理论，该理论揭示了粒子是如何获得质量的。当时，这两位学者分别独立地发展了这项理论(当时恩格勒教授是与另一名合作者，现在已经去世的Robert Brout教授共同发展了这项理论)。2012年，他们的理论预言，即所谓希格斯玻色子的存在，得到了位于瑞士日内瓦的欧洲核子中心实验的证实。
这项发现是构成粒子物理学标准模型的核心部分之一，这一模型描述我们所生活的世界是如何构成的。根据这一模型，万事万物，从鲜花到人体，再到恒星和行星，所有的一切都是由少数几种基本材料组成的，那就是物质粒子。
这些粒子受力的控制，以便确保各种粒子各从其类。整个标准模型的完成需要存在一种粒子，那就是希格斯粒子。这种粒子源于一种看不见却充斥整个空间的场。尽管宇宙看上去几乎是空的，但是这种场的确存在于那里。离开这个场，我们将不复存在，因为正是借助于与这一场之间的相互作用，粒子才获得了质量。恩格勒和希格斯的理论正是描述了这一过程。
2012年7月4日，欧洲核子中心(CERN)的粒子物理实验室，研究人员实验证实了希格斯粒子的存在。欧核中心的大型强子对撞机(LHC)可能是迄今人类建造过的最强大也最复杂的机器。正是在这里，两个研究组：ATLAS和 CMS(每个研究组都有超过3000名科学家组成)分别给出其实验数据分析结果，他们在数以十亿计的粒子对撞结果中提取到了希格斯粒子存在的证据。
François Englert和Peter Higgs在做出这项发现时都是年轻科学家。1964年，他们分别独立地提出一项理论，用于挽救当时濒临崩溃的标准模型。几乎半个世纪之后，2012年7月4日，他们两人都出席了位于日内瓦的欧洲核子中心(CERN)举行的发布会，会上科学家们宣布他们发现了希格斯粒子的存在，从而终于证实了当年这两位科学家预言的准确性。
创建秩序的模型
世界万物是由几种简单的基本粒子构成的，这一想法由来已久。在公元前400年，德谟克利特就曾指出任何物体都是由原子组成的，希腊文中“átomos”意思是“不可分的”。今天我们知道原子其实并非是不可分的。它们是由更小的，围绕原子核运行的电子，以及构成原子核本身的中子和质子构成的。更进一步，中子和质子则是由更小的粒子组成的，它们被称作夸克。事实上，根据标准模型给出的结果，仅有电子和夸克是真正不可分的。
原子核包含两种种类的夸克，上夸克和下夸克。因此事实上，我们仅需要三种基本粒子就可以构成我们所见的所有物质：电子，上夸克和下夸克。但是在上世纪50~60年代，科学家们在原子辐射实验和新建成的加速器实验中都发现了预想不到的新粒子，在这种情况下，标准模型不得不将这些新发现的粒子包含进它的框架之中。
除了物质粒子，还有传递力的粒子，它们提供自然界的4大基本力——强核力、弱核力、电磁力以及引力。引力和电磁力是最广为人知的，它们控制着吸引和排斥，我们可以用我们的眼睛观察到这些力造成的影响。强核力作用于夸克，将质子和中子牢牢固定于原子核内部，而弱核力则与放射性衰变有关，这一过程是非常重要的，比如太阳的发光机制便与此有关。
粒子物理标准模型将构成自然界的基本粒子，以及这4大基本力中的3种统一了起来，而第四种力，即引力，仍然游离在框架之外。长久以来，科学家们一直想知道这些力究竟是如何发挥其作用的？他们对此困惑不已。举例来说，一块金属片被磁铁吸引，但是它怎么会知道那里有一块磁铁？月亮又是如何感知到地球的吸引的？
充斥空间的隐形场
物理学对此给出的解释是：空间中充满着很多看不见的“场”。如引力场，电磁场，夸克场和其它许多种类的场遍布整个空间，或者更确切的说，是充斥着整个四维的时空。标准模型是一种量子场论，其中场和粒子构成了组成宇宙的基本材料。
在量子物理学中，任何物质都被视为是量子场中震荡的组合。这些震荡被以“小包”的形式在场中传递，即所谓的“量子”，我们可以将其视作一种粒子。这里存在两种不同的场：物质场，其中包含的是物质粒子；以及力场，其中包含的是载力粒子，它们是力的媒介。希格斯粒子同样也是一种场的震荡，通常这种场被物理学家们称作“希格斯场”。
离开这个场，标准模型将会像纸牌屋那样坍塌。后来，直到François Englert ，Robert Brout, 和 Peter Higgs以及后来的几位物理学家提出希格斯场的理论，才最终填补上标准模型中的缺陷，挽救了标准模型。
这是因为标准模型只有在假定粒子没有质量的情况下才能成立。如电磁力，其传递的媒介是没有质量的光子，这没有问题。那么弱核力呢？问题出现了——其传递媒介是三种有质量的粒子：两种带电荷的W粒子以及一种Z粒子。它们与“身轻如燕”的光子存在本质不同。这样一来就让标准模型面临威胁。而此时François Englert ，Robert Brout, 和 Peter Higgs等人及时进行了介入，并提出了一种消除这种威胁的天才设想，给出了粒子获得质量的途径，从而挽救了标准模型。
鬼魅般的希格斯场
希格斯场与物理学中其它场之间存在显著不同。其它场都存在强度的变化，并且在其最低能级时强度降为零。但希格斯场并非如此。即便你将空间彻底清空，你永远无法清除希格斯场，它无法被关闭，它永远鬼魅般的存在着。但我们不会注意到它，它就像空气对于我们，水对于鱼儿们一样自然。但是离开了它我们却将不复存在，因为正是借助于与这一场之间的相互作用，粒子才获得了质量。正是这一过程让原子和分子的形成成为可能。如果希格斯场突然消失，所有物质都将瞬间崩溃解体，因为在这一瞬间没有质量的电子将会以光速从原子中逃逸。
那么究竟是什么让希格斯场如此与众不同？它打破了自然界精妙的对称性。在自然界，到处体现着对称性：你的脸基本是对称的，花朵，雪花，它们都显示着某种对称的特点。物理学揭示出其它一些描述我们世界的对称性，尽管其所在的层次可能会更深一些。举一个相对简单的例子，对称性要求当你做一个实验时，不管你是在斯德哥尔摩还是在巴黎，你应当会得到相同的结果。对称性也规定，你在不同的时间进行相同的实验也应当会得到相同的结果。爱因斯坦的狭义相对论在时空框架中讨论对称性问题，它已经构成许多其它理论的基石，如粒子物理学中的标准模型。标准模型中的方程式都是对称的，就像一个球体，无论你从哪个角度观察，它都是一样的。相似的，标准模型给出的方程式，即便观察者的角度发生变化，这些方程也不会有所改变。
这种对称性也会产生一些意想不到的结果。在1918年，德国数学家Emmy Noether发现一些物理学中非常基本的守恒定理背后也是对称性，如大家熟知的能量守恒以及电荷守恒定律。
然而这种对称性也会带来一些严苛的要求。一个球必须是完美的球体，任何一点突起都会损害其对称性。对于方程式来说，情况也是类似。在标准模型框架中不允许存在有质量的粒子，现在我们知道，这明显是不符合自然界实际情况的。因此这些粒子一定是从外部，以某种方式“获得”了质量的属性。而这，正是此次物理学奖所奖励的成果：它提供了一种机制，既保全了这种对称性，又将其掩盖了起来。
你看不到对称性，但它依旧存在
我们的宇宙诞生时可能是对称的。在大爆炸发生时，所有粒子都不具有质量，所有的力都统一为一种单一的原始力形式。但这最初的秩序已经不复存在——这种对称性已经被隐藏起来。这件事大约是在宇宙大爆炸之后10-11秒时发生的，希格斯场失去了其最初的平衡态。但这一切为何会发生？
一切都是以对称形式开端的。这一情形大致可以用一只被置于一个圆形碗内的一个圆球来描述，即位于其最低能级态。当其受到一个推力，这个球开始转动，但很快它又会回到最低能级态。
然而，如果这个碗的中心部位出现一个凸起，那么这个球位于碗中央的部位就不再是稳定的了，尽管它此时仍然保持了对称性。此时这个球会向四周任何方向落下去。在这个球落下去之前，这个碗都一直是对称的，但一旦这个球落下去，这个球偏离了碗中央位置的外表掩盖了碗本身仍然是对称的这一事实。相似的，希格斯场打破了这种对称性并在真空中找到了一种稳定的能级态，但这一能级态是偏离能级为零的位置的。这种自发的对称性破缺也被称作希格斯场相变，就像是水变成冰。
要想发生相变，需要4种粒子，但是其中只有一种粒子，即希格斯粒子可以幸存下来。其它3种都会被弱核力消耗：即两种带电的W粒子，以及一种Z粒子，在这一过程中，这三种粒子获得了质量的属性。通过这一途径，标准模型中弱电磁力的对称性得以保全——即三种弱核力控制下的重粒子，以及电磁力控制下没有质量的光子之间的对称性得到保存，只是从视野中被隐去了。
极端物理学的极端机制
今年的这两位获奖者或许没有想到他们当年提出的这项理论会有机会在他们的有生之年得到验证。为了验证他们的理论，来自全球各地的物理学家们做出了巨大的努力。长期以来，两个著名的实验室——美国芝加哥的费米实验室，以及位于欧洲法国和瑞士边境地区的欧洲核子中心(CERN)，一直致力于对希格斯粒子的搜寻工作。然而随着数年前美国费米实验室Tevatron加速器的停摆，欧洲核子中心就成了全球范围内仍然能够开展希格斯粒子搜寻工作的唯一机构。
CERN创立于1954年，当时建立的目的是想在二战的浩劫之后重建欧洲的研究工作，以及欧洲各国之间的相互关系。目前这一机构拥有20个成员国，全球则共有超过100个国家参与到了这一机构的合作关系当中。
CERN最大的成就便是这里建成了大型强子对撞机(LHC)设备，这可能是人类有史以来建成的规模最大，技术最复杂的机器。两个研究组：ATLAS和 CMS，每个都由超过3000名科学家组成，在这里全力搜寻希格斯粒子的踪迹。其探测器被安置在地下100米深处，每秒可以观测4000万次粒子对撞事件。在LHC设备长达27公里的地下隧道中，两束粒子流被以相反方向射出并发生对撞。
每隔10小时，科学家们会从相反方向各发射一束质子流。1亿亿个质子堆积在一起并被压缩成一束狭窄的粒子流——这非常不容易，因为质子带有正电荷，它们会互相排斥。随后这一质子流被以99.99999%的光速发射出去，当撞击发生时，每个质子的能量约为4 TeV，两两相撞时总体则约为8 TeV(1 TeV=1万亿电子伏特)。1TeV听上去可能并不是很大的能量，其或多或少也就与一只飞行中的蚊子相当，但当这些能量被压缩在单个的质子之中，并且你同时拥有500万亿个这样的质子在加速器中疯狂运行，其具备的能量则与一辆全速行进中的火车相当。而经过升级改造，到2015年，LHC能够达成的能级还将翻一倍。
谜中之谜
粒子实验有时被比作同时砸碎两块瑞士手表以检查它们的结构，但它实际上更加困难，因为科学家要寻找的是全新的粒子，它们是碰撞释放出的能量所创造出来的。
根据爱因斯坦的著名公式E = MC 2 ，质量是一种能量。正是这个神奇的方程式使两个物体在碰撞时能够创造出新的物质，即使对无质量粒子来说也是如此。两个光子碰撞会产生一个电子和它的反粒子——正电子；如果如果能量足够高，两个胶子碰撞能够产生一个希格斯粒子。
质子像装满了粒子——夸克、反夸克和胶子——的小袋子。这些粒子中的大多数彼此相安无事，两个粒子群相撞时，平均只有二十个粒子会完全正面碰撞。在10亿次碰撞中，只有不到一次碰撞是进行到底的。这可能听起来不多，但每一次这样的碰撞都会导致约一千个粒子的剧烈爆炸。当能量达到125 GeV时，希格斯粒子的质量居然超过质子一百倍，这就是为什么它是如此难以被创造出来的原因之一。
然而，这项实验还远没有结束。CERN的科学家们希望在未来数年内取得更大的突破。尽管他们发现希格斯粒子这件事便已经可以载入史册，这是标准模型中缺失的一环，但是这并不就意味着我们揭开了宇宙的终极奥秘。就举其中一个例子，根据标准模型，中微子应当是没有质量的，然而近期的一些研究却发现这种粒子似乎的确拥有质量。另一个原因是，标准模型只能对可见物质进行描述，而可见物质仅仅占到整个宇宙中所有物质总量的1/5左右。我们对于神秘的暗物质的本质仍然知之甚少。
我们无法直接观测到暗物质，但是却可以通过其施加的引力作用感知到它的存在，正是由于暗物质的引力作用，宇宙中的星系才不至于解体。暗物质几乎完全不会与可见物质发生反应。然而我们现在知道希格斯粒子是与众不同的，或许它将帮助在这两种完全不同的两者之间建立起某种联系。科学家们希望能捕捉到暗物质的身影，哪怕仅仅是一瞬间。为此，在未来数十年间，他们将在LHC设备上继续努力工作。
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解读2013年诺贝尔物理学奖：什么是希格斯粒子
这是欧洲核子中心大型强子对撞机的ATLAS探测器获得了数据的模拟粒子路径图。希格斯玻色子是当两个质子以14TeV的极高能级相撞时产生的，此后它会迅速衰变为4个μ子，这是一种不会被探测装置吸收的大质量电子。这一图像中，μ子的运行路径用黄色线标示。
当地时间2011年12月13日，欧洲强子对撞机实验室进行的高能量光子轨迹图
新浪科技讯 2013年诺贝尔物理学奖授予彼得·W·希格斯(Peter W. Higgs) 和弗朗索瓦·恩格勒(Fran·ois Englert)，以表彰他们对希格斯玻色子(又称“上帝粒子”)所做的预测。那么，到底什么是希格斯玻色子呢？
希格斯粒子是一种亚原子粒子，也就是说，理论上认为它应当是构成宇宙的最基本组成部件之一。但是它仍然有待实验观测证实。科学家们提出的物理学标准模型预言了这种粒子的存在，其作用是解释为何其它粒子会拥有质量。根据这一理论，在宇宙大爆炸之后，一种看不见的力，即希格斯场和与之相对应的粒子 ——希格斯-玻色子一同形成。正是这个场赋予其它基本粒子以质量的属性。
为何这一粒子如此重要？
希格斯场赋予整个宇宙中其它粒子以质量的方式可以用游泳者在水池中受到的水的阻力来做比喻。如果粒子没有质量，它们便可以在宇宙中以光速前进，因为质量的本质便是对物体改变其速度的制约性。
这种粒子最早是什么时候被提出来的？
有关这一粒子的理论最早是在1964年由6位物理学家共同提出来的，其中就包括英国爱丁堡的皮特•希格斯(Peter Higgs)教授。他们当时提出这一粒子的目的就是为了解释质量的起源。
理论上，这一粒子的存在将正好补全描述整个宇宙如何运行的物理学标准模型的缺陷，因此它便显得尤其重要。
如何对其进行搜寻？
欧洲核子中心的大型强子对撞机(LHC)是人类有史以来建造的最强大的粒子加速器，它的工作原理是将两束质子流以接近光速的速度迎头相撞，在此过程中得到其它粒子。
在1989年至2000年之间，科学家们也曾使用同样位于欧洲核子中心的另一台加速器LEP进行搜寻工作，而由于经费不足被关停之前，美国的Tevatron加速器也进行过对这一神秘粒子的搜寻工作。
科学家们如何能知道自己究竟是否发现了这样的粒子呢？
如果在LHC加速器中进行的数以十亿计的对撞实验中真的产生了希格斯-玻色子，根据预测，它应当是不稳定的，会迅速衰变为更加稳定，质量更小的粒子。物理学家们需要对这些衰变产物进行分析，并且通过分析来推断这种被称为“上帝粒子”的神秘粒子是否存在。在分析过程中，希格斯粒子是否存在会从数据图形的峰值中体现出来。
六点重大影响：
1. 揭开质量起源之谜
物体的质量是怎么来的？这个问题一直困扰物理学界，而希格斯玻色子恰恰被认为与宇宙中一切物体的质量起源有关。希格斯玻色子与一种场有关，那就 是所谓的希格斯场，理论上认为这种场充斥着整个宇宙。当宇宙中的其它粒子在这一场中运行时便获得了质量的属性。这就有点像是大家都在一个游泳池里游泳，然 后身上都会被打湿，在这里，被水打湿就像是物体获得质量一样。
美国哈佛大学物理学家杰奥•哥斯达(Joao Guimaraes da Costa)表示：“希格斯粒子的机制让我们能够理解粒子获得质量的途径和方式。” 哥斯达是去年欧洲核子中心宣布疑似希格斯粒子发现时，大型强子对撞机(LHC)所属ATLAS探测器设备的标准模型召集人。他说：“如果没有这种机制，那 么所有的一切物体都将失去质量。”
确认此次发现的粒子确实是希格斯粒子将证明我们设想的粒子获得质量属性的方式是正确的。美国加州理工学院物理学教授玛利亚•斯皮罗普鲁 (Maria Spiropulu)表示：“这项发现从量子层面支持了我们对于质量来源的看法，而这正是我们当初建造大型强子对撞机的目的。这是一项无与伦比的成就。”
而后，这将进一步为一个更深层次的问题提供解决的线索，那就是：为什么这些粒子拥有这一质量数值？这个值是如何确定的？对此，哈佛大学物理学家 丽萨•兰德尔(Lisa Randall)表示：“这是一个大得多的问题。确认这的确是希格斯粒子只是整个过程的第一步，此后我们才能更往前走，这两者之间是相互联系的。”
2. 完善标准模型
标准模型是当代粒子物理学的基石，它描述了整个宇宙中所有的粒子。所有被标准模型所预言的粒子此前都已经被找到了，除了希格斯粒子。就在去年宣 布初步结果时，欧洲核子中心ATLAS实验设备科学家乔纳斯•斯兰德伯格(Jonas Strandberg)就曾表示：“这是标准模型中缺失的一环，因此如果这一发现得到最终确认，那么它将最终证明我们目前的认识是正确的。”
到目前为止，科学家们所发现的这一疑似希格斯粒子似乎和标准模型中预言的性质相吻合。但即便如此，标准模型本身也并不完整：例如它没有包括引力，也没有将被认为占据整个宇宙物质总量约98%的暗物质成分考虑进去。
美国费米国家实验室CMS中心的物理学家帕提•麦克布雷德(Patty McBride)在上周四表示：“即便有证据清晰地证明目前我们新发现的这一粒子确确实实就是标准模型所预言的希格斯玻色子，即便如此我们对宇宙的认识仍 然模糊不清。”他说：“我们仍然不能理解为何引力如此微弱，我们还要面对巨大的暗物质的存在。不过，对于这一已经有48年历史的经典理论来说，迈出了完善 的第一步仍然不失为一件令人高兴的事。”
3. 电弱相互作用
确认希格斯粒子还将对电弱相互作用的构建产生重要影响。这种作用是对电磁作用与弱相互作用的统一描述，这两者都是自然界的基本力类型之一。电磁作用描述带电粒子之间的相互作用，而弱相互作用则描述放射性衰变过程。
自然界中所有力的作用都和某种粒子有关。比如与电磁力有关的粒子是光子，这是一种质量为零的特殊粒子。而弱相互作用力则和名为W和Z的玻色子有关，这两种粒子都拥有很高的质量值。而所有这些粒子的质量来源，便被认为是希格斯玻色子的作用造成的。
欧洲核子中心的斯兰德伯格表示：“如果引入希格斯场的概念，那么W和Z玻色子就会和这个场混杂在一起，在这一过程中它们便获得了质量。”他说：“这解释了为何W和Z玻色子会有质量，并将电磁作用和弱相互作用两种基本力统一了起来，构成电弱相互作用。”
4. 超对称理论
超对称理论也将受到希格斯粒子发现的影响。这一理论认为任何一种已知的粒子都有一个“超级伙伴”粒子，这种伙伴粒子拥有轻微差异的性质。超对称 理论拥有很大的吸引力，因为它可以统一自然界中的其它基本作用力，甚至有希望揭开暗物质构成之谜。然而到目前为止这一理论的前景黯淡，科学家们只找到了和 标准模型预言的希格斯粒子性质极其相似的粒子，但是却没有能发现任何和超对称粒子有关的线索。
5. 大型强子对撞机
大型强子对撞机(LHC)是世界上最大的粒子加速器。这一耗资约100亿美元的设备率属于欧洲核子研究中心(CERN)，其目的是创建地球上能 级最强大的粒子加速器设施。而其中找出希格斯玻色子则被列为了该设备的最优先目标之一。此次最新宣布的结果为LHC此前的结果提供了强有力的证明，也是对 此前一直在这里为达成这一目标而忘我工作的物理学家们所取得丰硕成果的最好证明。
斯皮罗普鲁在去年的一份声明中表示：“这项发现从量子层面支持了我们对于质量来源的看法，而这正是我们当初建造大型强子对撞机的目的。这是一项 无与伦比的成就。”他说：“科学家们已经等待了整整一代人的时间，为的就是这一刻。来自全世界各地大学和研究机构的粒子物理学家，工程师和技术人员们已经 为了达成今天的这一成就奉献了数十年的辛勤工作。现在是时候让我们暂时停下脚步，回过头去审视这项发现的意义了，然后再继续进行海量的数据收集和分析工 作。”
希格斯玻色子最早是在1964年由英国物理学家皮特•希格斯和同事们提出的。而这个名字的后半部分则是为了纪念杰出的已故印度物理学家和数学家 玻色，他与爱因斯坦一同给出了玻色子的定义。玻色子是一类基本粒子，主要包括胶子和引力子等。其负责传递费米子之间的相互作用，如夸克，电子和中微子等 等。费米子是宇宙中的另外一种基本粒子类型。
6. 宇宙的命运
希格斯玻色子的确认将为科学家们开启一扇大门，让他们得以进行此前无法进行的一些计算。其中一些计算的结果有关宇宙的命运。有一种观点认为宇宙将在未来数十亿年内毁灭。
在进行这样的计算时，希格斯玻色子本身的质量是一个非常关键的参数，它预示了时空的未来命运。目前的测量值显示，希格斯玻色子的质量约为质子的126倍，这一质量值几乎已经处在了一个临界点上，它将有可能让宇宙在未来数十亿年内走向毁灭。
约瑟夫•林肯(Joseph Lykken)是美国费米国家实验室的物理学家，他表示：“计算的结果告诉我们，在数十亿年之后宇宙将可能面临灾难。”他说：“这或许意味着我们所生活于其中的这个宇宙本身存在着内在的不稳定性，在数十亿年之后这一切都将归于瓦解。”
基本粒子质量之源
若没有希格斯粒子，其他基本粒子就会仍以光速运行，宇宙将仍然是一锅沸腾的基本粒子汤，不能组成物质，生命无从谈起
希格斯粒子究竟是什么？为什么找到它如此重要？
早在2000多年前，人类便开始追问，我们所生活的世界是怎样形成的？从德谟克利特的“原子说”到如今被科学家普遍接受的标准模型理论，从朴素的形而上学概念到标准模型所预言的粒子陆续被证实，人类似乎越来越接近这一问题的答案。
在标准模型里，宇宙由62种不可再分的基本粒子构成，通过强力、弱力及电磁力这三种基本作用力组合成各种复合粒子，进而构成物质世界。
基本粒子可以分为两大类：自旋为半整数的费米子(fermion)和自旋为整数的玻色子(boson)。费米子是构成物质“实体”的粒子，也称之为物质粒子，而玻色子则传递基本相互作用，也可称为载力粒子。
然而在标准模型建立过程中，有一个问题却一直困扰着科学家：按照标准模型理论，基本粒子并没有质量，但实验结果却又清楚表明，除了光子以外的基本粒子都是有质量的。
1964年，希格斯等人提出了“希格斯机制”的概念，在理论上解决了这个问题。希格斯们认为宇宙间遍布“希格斯场”，基本粒子在与希格斯场的相互作用下获得了质量，而形成希格斯场的就是一种新的粒子，被命名为希格斯粒子。
根据对希格斯粒子性质的预言，希格斯粒子的自旋为零，是一种玻色子，所以又把希格斯粒子称为希格斯玻色子。
希格斯理论提出，在宇宙诞生的最初，并没有希格斯粒子的存在，其他的各种基本粒子都如光子一般，以光速横冲直撞。宇宙诞生十几秒后，希格斯粒子 诞生，形成了“希格斯场”。除了光子，其他的基本粒子与希格斯粒子发生碰撞后，就如同轻巧的棉花吸饱了水分一般，获得了质量，而速度就慢下来了。
慢下来的基本粒子“夸克”在强相互作用下，抱团组成了质子、中子等粒子，质子和中子又组成了原子核，原子核与电子在电磁力作用下又形成了原子，原子构成分子，由此形成了我们所见到的大千世界。
如果没有希格斯粒子，其他的基本粒子就会仍然以光速运行，不能聚合在一起，我们的宇宙将仍然是一锅沸腾的基本粒子汤，根本不能组成物质，生命也无从谈起。
希格斯玻色子的存在是希格斯机制的必然结果之一，假若实验证实希格斯玻色子存在，则可给予希格斯机制极大的肯定。更重要的是，它的发现弥补了标准模型的缺漏，奠定了标准模型的基础。
由于希格斯粒子一直未被发现，这些重要的问题一直悬而未决。这个标准模型理论预言的最后一个粒子便一直成为科学家们苦苦追求的目标。
等等，万一希格斯理论被证明是错误的，希格斯粒子根本就不存在呢？
曾获诺贝尔奖的著名粒子物理学家莱德曼表示，如果这样，标准模型理论将被推翻，至少需要进行修改。他表示，“这就像哥伦布启程去寻找印度群岛一样，他和他的信徒们相信，如果没有达到目的，他也会发现一些别的东西，这些东西可能会更有意义。”
在这个意义上来说，很多科学家反倒有些失望，毕竟找到一个48年前就被预言了的“老粒子”多少有些无趣，他们期盼的是更为颠覆性的发现：假如标准模型被推翻，整个物理世界的理论都有可能要重新改写。
寻找希格斯粒子历程艰难花费惊人
上帝粒子之所以取名为希格斯，是因为它是英国科学家彼得•希格斯(Peter Higgs)于1964年提出的(与他差不多同时提出希格斯这一机制的还有其他几个人，一旦希格斯粒子的存在最后被确认，他们将分享诺贝尔物理奖)。
寻找希格斯的工作早在上世纪90年代的LEP对撞机上就开始了。LEP似乎看到了希格斯的小尾巴， 可惜LEP对撞机由于要让位于LHC的修建而过早关闭了，从此便与希格斯擦肩而过(现在看来，LEP的能量再提升一点就有能力看到希格斯了)。
接下来前赴后继的是美国费米实验室的Tevatron对撞机，这一领世界风骚近20年的对撞机也对希格斯进行了大力追捕，也模模糊糊看到了希格斯的娇容，可惜这一对撞机正值壮年就被关闭了(被关闭的原因是在能量和亮度两方面都竞争不过欧洲人的LHC对撞机)。
其实在LHC建造之前，美国人已经开始建造超级超导对撞机SSC，按照设计它将是真正的巨无霸对撞机，其能量比LHC还要高3倍，目标也是寻找 希格斯。可惜，SSC由于花费惊人(被称为“吞噬金钱的无底洞”)而被美国国会终止了，已经挖好的地洞也被填平(很多第三世界国家的人为此叹息，这些花巨 资挖的地道可以作防空洞或地道战用啊)。
但是，欧洲人并没有因此而停顿建造LHC的步伐，欧共体成员国共同出钱如期完成了LHC工程(世界上其他大国包括中国在内，也不同程度地出了钱)。LHC对撞机是人类历史上投资最大的科学研究机器，造价高达100亿美元，这一人类历史上最高能量对撞机的主要目标就是寻找上帝粒子——希格斯。由于LHC涉及到几十个国家和几百个大学，它的发言人在7月4日的发布会做最后总结时说，LHC是全球的力量、全球的成功。
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美媒盘点未获诺奖的十位顶尖物理学家
美国《科学新闻》双周刊网站10月7日发表题为《10名未获得诺贝尔奖的顶尖物理学家》的报道称，预测哪些人不会获得诺贝尔奖可能更加容易，因为他们已经离开人世了。还有一些人仍然活着并且应当获奖，但他们未能得奖可能是因为那些诺奖评委们似乎不怎么喜欢理论物理学家。
10.约翰·巴考尔
巴考尔在2005年去世，而2002年他的合作伙伴雷蒙德·戴维斯因探测到太阳中微子的数量而被授予诺贝尔奖。这很重要，因为戴维斯发现的中微子数量比原本预测的数量要少。当然，如果不是巴考尔首先在理论上计算出太阳中微子的数量，就不会有人注意到两者之间的差异了。
9.彼得·肖尔
好吧，他是一位数学家，而诺贝尔奖评委会也不喜欢数学家。然而，肖尔在1994年证明了量子计算机可以破解RSA加密算法——从银行到间谍都在使用这种加密算法来确保其数据的安全，从而引发了物理学界的一场重大思潮。物理学家自那以后一直在研究如何制造量子计算机。
8.戴维·施拉姆
施拉姆1997年因飞机失事而身亡。他是研究宇宙大爆炸中的轻化学元素和宇宙暗物质的先驱者。施拉姆还是一名古典式摔跤运动员。
7.爱德华·威滕
他还在世，但也许永远无法获得诺贝尔奖，因为他的理论研究超前了大约100年。威滕主要因研究超弦理论而闻名于世，其研究成果给物理学的许多领域带来了启发。30多年来，他一直是理论物理学界的顶尖领导者之一。
6.安德烈·林德 5.艾伦·古思
古思在1980年创立了宇宙初期的暴胀理论，而林德在为这一理论增添细节的过程中发挥了关键作用。最近几年里，科学家对宇宙微波背景辐射的观测在很大程度上证实了暴胀理论的预测。
4.罗尔夫·兰道尔
兰道尔于1999年去世。1961年，他提出了兰道尔原理，即计算机在删除信息的过程中要消耗能量。这一原理为现代计算物理学奠定了基础。如果兰道尔在世，他应该与接下来提到的查尔斯·贝内特共同分享诺贝尔奖。
3.查尔斯·贝内特
贝内特是兰道尔在国际商用机器公司（IBM）的同事，他展示了如何通过可逆计算来避免消耗任何能量。贝内特是量子计算与量子信息领域的主要领导者，也是量子密码学和量子通信学的开山鼻祖之一。
2.约翰·阿奇博尔德·惠勒
惠勒在2008年去世，他因创造“黑洞”一词而广为人知，并且在建立黑洞与天体物理学的联系上发挥了重要作用。惠勒还与尼尔斯·玻尔一同对核裂变展开理论研究，理应获得诺贝尔奖。
1.斯蒂芬·霍金
霍金仍然有资格获得诺贝尔奖，他早期撰写的有关黑洞热力学的著作显然值得嘉奖。如果评委会真的授予霍金诺贝尔奖，他应该与另一位黑洞热力学的主要贡献者雅各布·贝肯施泰因共同分享这一奖项。
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