彼得 · 希格斯：“上帝粒子”背後的人_風聞

點評弗蘭克·克洛斯(Frank Close)所著的科普書Elusive：How Peter Higgs Solved the Mystery of Mass——講述了彼得·希格斯的人生與科學故事。

編譯 | 吳雨生（中國科學技術大學近代物理系）

來源 | 選自《物理》2022年第8期

2012年希格斯玻色子在歐洲核子中心 (CERN) 被發現，我當時正在CERN工作，這次轟動性的科學大事件深深烙印在了我的心中。因此，當看到這本書Elusive：How Peter Higgs Solved the Mystery of Mass (以下簡稱Elusive)時，我非常欣喜並渴望通過閲讀它瞭解用以命名希格斯玻色子的這位科學家的人生與科學故事。Elusive 的作者是粒子物理學家和科普作家弗蘭克·克洛斯，本書於希格斯粒子發現十週年紀念日發行，頗具紀念意義。理論學家彼得·希格斯(Peter Higgs)是給基本粒子賦予質量的Brout—Englert—Higgs (BEH) 機制的三位命名科學家之一。書中描繪了他的人生與工作經歷，行文頗具特色，充滿趣聞軼事，時而蜿蜒曲折，時而又令人困惑、不可捉摸。

彼得 · 希格斯參觀CERN的CMS實驗丨來源：CERN

從體驗來説，翻開書伊始，我的閲讀興趣受到了一定的影響。特別是，讀完前面幾章，我開始意識到這本書的標題似乎就代表了書的結構，但這一點在行文中又體現得模模糊糊，可能還不如文中描述的基本粒子來得確切。雖然剛開始的閲讀體驗較為發散，我建議讀者遵循自己的興趣繼續讀下去，後面的體驗會顯著變好。

在前言中，克洛斯提到希格斯玻色子是從媒體頭條中獲得了大眾熟知的戲稱別名“上帝粒子”。這個説法引起了我的注意，因為一般認為這個別名是物理學家、諾貝爾獎獲得者利昂·萊德曼在他於1993年發行的書中首先使用的，而克洛斯在本書的後面也援引了這一事實。據我所知，由媒體締造別名的説法並無據可查，而考慮到科學界對“上帝粒子”這個稱號褒貶不一，把源頭歸結於媒體可能會有失偏頗。另外，克洛斯在前言中僅僅提到2013年的諾貝爾物理學獎頒給了希格斯，直到書的後面才提及當年的諾獎是由希格斯與弗朗索瓦·恩格勒共享，這種寫法可能有一定的誤導性且對恩格勒來説不甚公平。進一步來説，本書的標題也可能會讓讀者以為希格斯是本書描述的重大科學問題的唯一貢獻者1)。

拋開上述問題不論，繼續向下閲讀。作為希格斯的老朋友，克洛斯處在一個獨特的位置上來寫這位理論學家的故事，通過朋友視角可以展示多方面的其人其事。克洛斯的描述基於他和希格斯之間的私下與公開對話，並參照其他書籍、科學文獻，以及其他第一手資料。作者首先給讀者介紹了包括祖父母在內的希格斯的家庭，進而講到了希格斯的早年教育情況，提及他在英國布里斯托爾Cotham中學 (著名物理學家保羅·狄拉克亦在該校上過學) 求學的事蹟。書中提及了許多希格斯的生活軼事，但其中有一些乍看之下卻與本書主題關聯不大。例如，克洛斯記錄了來自傳統保守派家庭的希格斯與社會主義者的對話，而這一段文字顯得較為突兀，並沒有上下文的呼應。

這樣的非同尋常的行文在本書中並非個例。克洛斯在描述與主題相關的不同方向的物理知識時，採取了不同的方式方法，有的時候甚至會讓讀者覺得有些沮喪。有些想法被提出後又很快被忽略，而有些論述在未安排後續討論的前提下直接呈現為既成事實。有些術語在引入之後才被充分定義，而有些術語則花了很大篇幅來進行解釋，甚至不時會出現非必要的想法和語句的重複。行文具有一定重複性也是我們在點評克洛斯的另一本書Trinity時發現的他的寫作風格。例如，書中寫道，希格斯的父親認為牛津大學與劍橋大學是“愚蠢的有錢人家的子弟以及他們的老師們用來浪費時間的地方”，而同樣情緒化的觀點在幾頁紙之後又被重複了一遍。

儘管本書的行文有諸多特色或不足，克洛斯對科學內容的敍述卻獨具一格。相較市面上其他闡述BEH機制重要科學意義的書籍而言，本書從歷史準確性上更好地描繪了希格斯如何通過蜿蜒曲折的方式發現了他的“想法”。一般而言，整個故事會先討論在電磁相互作用與弱相互作用統一的大框架下，這個BEH機制如何解決W和Z玻色子的質量謎題。而克洛斯選擇先給讀者介紹傑弗裏·戈德斯通的重要工作以及由此衍生的由希格斯與同輩理論家着手解決的問題，進而指出菲利普·安德森在其1962年文章中引入的一個質量賦予機制。克洛斯同時也花了相當篇幅解釋了提出BEH機制的幾篇標誌性科學文章與超導科學之間的聯繫，引導讀者認識到21世紀粒子物理學的蓬勃發展與其他物理方向的豐富且緊密的聯繫。希格斯是本書的故事主角，但Elusive中也提及了粒子物理學研究中對希格斯玻色子以及BEH機制起主要貢獻的其他重要理論家。儘管克洛斯在前言中未能全面提及眾人的貢獻，他在書中詳細地探討了布勞特與恩格勒的主要工作，並提及了Gerald Guralnik，Carl Hagen，以及Tom Kibble三人的貢獻。

本書行文中使用了許多隱喻，用以點綴增色，但有時也會讓讀者捉摸不透。例如，在談到理論學家們提議新粒子的存在時，作者用野外小路以及拔地而起的山峯 (象徵着新粒子) 作為比喻，而緊接着又把隱喻轉換為烹飪技術與美食盛宴。在另外一些地方，克洛斯把W和Z玻色子比作了洞穴裏面生活的熊，這個類比最先出現在44到48頁，而後突然在80多頁之後重新使用。有趣的是，或許是作者有意為之，書中將發現W和Z玻色子的重要人物之一，諾貝爾獎獲得者卡羅·魯比亞，比作了“像熊一樣的人”。

儘管有如上諸多討論，不可否認的是，克洛斯是一位出色的故事家。書中有不少部分會吸引讀者帶着樂趣繼續閲讀。例如，“這個粒子不帶電荷，所以他 (謝爾登·格拉肖) 命名它為Z，就像他的故鄉紐約州紐約市——人們喜愛這個地方以至於地址上紐約寫了兩遍——他在Z後面又加上了傳統上用來標記零電荷的上標0，最終記為Z0。”從閲讀體驗來説，整本書如果能再做整體編輯，統一風格則會更佳。書中的有些討論旨在繪製成一張完整的掛毯呈現給讀者，但是這些圖像往往相對孤立且彼此之間聯繫較弱。

確實，從編輯的角度來看，閲讀Elusive時其中一件比較令人費心的事是，讀者需要不停地考慮、猜測書後附上的引用文獻是否值得立即去查看：有的地方引用的是科學文章，而另外一些地方則只是一段文字提供補充或衍生知識。從閲讀便利性而言，第二類信息更應以腳註方式出現在正文中。

如前所述，關於希格斯玻色子的故事從彼得·希格斯等理論學家提出BEH機制起一直到CERN宣佈發現對應的希格斯粒子已有48年2)。這個故事涉及的科學旅程遠比乍看之下人們能感知到的複雜的多得多。Elusive對這樣一個故事的描繪既有時效性也有深度。儘管作者克洛斯自己可能認為，這本書離他希望完整呈現的對於希格斯粒子研究旅程與科學內容的刻畫還有差距，但我們認為此書具備了完備的要素 (科學基礎、旅程見證)，已經為我們帶來了一場科學的盛筵。

譯者注：

1) 希格斯、恩格勒等理論學家於1964年提出BEH機制為粒子物理標準模型中的基本粒子賦予質量。該機制對應的希格斯玻色子歷時近半個世紀於2012年由CERN大型強子對撞機上的ATLAS與CMS實驗聯合發現，直接促使了2013年的諾貝爾物理學獎。理論學家與實驗學家都在這一突破中做出了重要貢獻。——譯者注

2) 希格斯玻色子發現之後，科學家們繼續深入研究這一“新”粒子，期待揭開它的神秘面紗。實驗研究由ATLAS與CMS開展，並將持續到近2040年，將會為人類帶來大量希格斯物理結果。除此之外，粒子物理學還有諸多重大科學問題有待探究，如時空本性、暗物質本性、宇宙正反物質不對稱、中微子質量等等。——譯者注

本文經授權轉載自微信公眾號“中國物理學會期刊網”，編譯自Achintya Rao. The man behind the machine. Physics World，2022，(7)：48。

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