宇宙如何开始(6)

为什么粒子会有质量？这是上世纪60年代困扰英国理论物理学家彼得·希格斯的问题，当时他在爱丁堡大学任教和研究。作为解决这个问题的方案，他提出，所有粒子最初在宇宙中没有任何质量的情况下产生，并且在第一次分裂的瞬间某个时刻，一种新的能量场出现并渗透到整个时空中，赋予各种粒子质量属性。这个被称为希格斯场的场会通过它自己量子化的信使粒子——希格斯玻色子进行传递，希格斯玻色子将与标准模型中的其他16种粒子并列，并在描述宇宙中物质的行为和相互作用中起到重要作用。

然而，尽管希格斯理论是正确的，但花了近50年才最终发现了难以捉摸的希格斯玻色子。与此同时，为了支持这项昂贵且看似深奥的研究，英国的科学部长在1993年做出了一个承诺：他将为那个能够用最佳比喻向普通人解释希格斯场（这是希格斯玻色子的来源）的作用和重要性的人购买一瓶香槟。

有许多人提出了各种各样的比喻，包括糖浆池、棱镜和电场等。但是最终，伦敦大学学院的物理学家大卫·米勒以一个关于繁忙的鸡尾酒派对的描述赢得了这个奖项。这个比喻可以用来解释希格斯场如何影响粒子的质量和运动。他说，在这个派对上，每个人都在愉快地互相交谈，一个普通人可以相对容易地穿过房间。但是当一个更受欢迎的人进入房间时，他们会吸引派对参与者的注意力，每个人都想与他们交谈，他们在房间中的前进速度会变慢。这个派对人群代表希格斯场，而受欢迎的人物则是被赋予了质量的粒子。对于那些看不到这个有影响力人物的人来说，房间中会传出关于他们到达的传闻，人们聚在一起讨论他们的到来。这个通过人群中传播的物理波动可以被看作是信使希格斯玻色子。

虽然这个比喻并不完美，但它经受住了时间的考验，而时间正是对于寻找类似于大海捞针的东西而言所需要的。两个最强大的粒子加速器，位于美国的费米实验室的Tevatron和位于欧洲的CERN的大型强子对撞机，都在通过碰撞粒子并搜索碰撞后的残骸来寻找希格斯玻色子，这个过程已经持续了多年。问题是，尽管彼得·希格斯理论上认为这个场和玻色子是存在的，但他的理论并没有提及需要何种能量才能显现它们，以及一旦找到它们后这些粒子的所有属性。就像在一堆干草中搜索一根针，却不知道针长什么样子。然而最终，在2012年，大型强子对撞机的实验实现了这个看似不可能的壮举，科学家们证实他们确实找到了希格斯玻色子，并通过这样的实验，终于证明了希格斯场的存在和作用。

这个粒子在标准模型中得到了它的位置，而场在宇宙早期演化中扮演了重要角色，即在大爆炸之后的万亿分之一秒内，电弱力发生了灾难性的分裂，结束了宇宙的完美对称性。携带衰变到电磁力的光子的W和B玻色子以及弱核力的W和Z玻色子相继产生。但这只是对称性破缺的开始，希格斯场的出现使得在膨胀期和电弱分裂期间自发产生的实际和虚拟粒子获得了质量，W、N和Z玻色子成为重量级选手，夸克和轻子根据它们的味道和类型获得质量，而光子和胶子则像之前一样无质量且不受希格斯场的限制。当夸克时代在大爆炸之后的十亿分之一秒完全实现时，宇宙最终充满了制造恒星、行星和我们所需的所有成分、特征粒子和特征力量，填满了充满膨胀宇宙的夸克胶子等离子体，这是构成宇宙中所有结构的原始汤。我们的宇宙充满了令人难以置信的多样性和多样性，有燃烧热烈且短暂的恒星，不到百万年就会发生灾难性爆炸，还有缓慢而不变地闪烁数万亿年的恒星，有无数的行星，巨大的气体巨星、荒凉的岩石巨星以及偶尔出现的绿色水域适合生命存在的星球，以及像地球这样寄生生命的星球上，你可以想象到各种各样的生命形式，从呼吸硫磺或甲烷的微小细菌，到能够建造结构和望远镜的具有自我意识和认知能力的猿类。