粒子物理學的標準模型預(yù)測，宇宙是由12個基本物質(zhì)粒子、4種基本自然力和最后一個將所有粒子聯(lián)系在一起的粒子--希格斯玻色子組成的。長期以來，希格斯玻色子粒子都是“拼圖”中最后缺失的一塊，這是個問題，因為沒有它，其余的部分就沒有意義了。

它的存在在20世紀60年代首次由其英國科學家彼得·希格斯預(yù)測，并由弗朗索瓦·恩格勒特和羅伯特·布魯特的團隊獨立預(yù)測。這些物理學家一直在努力回答基本粒子如何獲得其質(zhì)量的問題，并計算出這是在它們與彌漫在宇宙中的量子場相互作用時發(fā)生的。這個模型預(yù)測，所謂的希格斯場（Higgs field）也會產(chǎn)生自己的粒子，希格斯玻色子的概念由此誕生。

預(yù)測它是一回事，但真正找到它是另一回事。該模型表明，希格斯玻色子幾乎會瞬間衰變?yōu)槠渌Ｗ樱@給了科學家們一個觀察它的非常小的窗口。更糟糕的是，該粒子的質(zhì)量可能在10到1000GeV之間。因此，幾十年來，人們一直認為這種搜索是不可能的。

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直到20世紀80年代，技術(shù)才最終跟上。物理學家們意識到，希格斯玻色子可以通過將粒子高速撞擊在一起而產(chǎn)生，雖然它們會迅速消失，但通過觀察產(chǎn)生的粒子，可以發(fā)現(xiàn)它們的特征，即希格斯可能衰變成的粒子。

即使有了一系列功率越來越大的粒子對撞機，希格斯玻色子在接下來的幾十年里仍然沒有被發(fā)現(xiàn)。不過，這并不是完全的失敗--每一個無效的結(jié)果都有助于縮小可能的質(zhì)量范圍，因此在歐洲核子研究中心的大型強子對撞機（LHC）的早期，質(zhì)量范圍縮小到115至130 GeV之間。

人們的注意力特別集中在125GeV附近，LHC團隊在那里注意到了與希格斯玻色子一致的過量事件。歐洲核子研究中心預(yù)計，到2012年底，這些數(shù)據(jù)將"肯定會給出一個答案"--一勞永逸地確認希格斯玻色子的存在或不存在。

果然，2012年7月4日，粒子物理學家宣布了希格斯玻色子的歷史性發(fā)現(xiàn)。來自歐洲核子研究中心的兩個獨立團隊ATLAS和CMS的數(shù)據(jù)，在同一個結(jié)論上趨于一致--他們發(fā)現(xiàn)了一個質(zhì)量約為125.3GeV的新粒子和其他一些類似希格斯玻色子的特性。

進一步的實驗證實了這是人們長期尋找的希格斯玻色子，為彼得·希格斯和弗朗索瓦·恩格勒特贏得了2013年諾貝爾物理學獎。

盡管這一宣布在當時是令人興奮的，但經(jīng)常有報道說希格斯玻色子從那時起變得相當“無聊”，因為它并沒有公布任何瘋狂的新物理學。那么，在發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子后的十年里，它都在做些什么？

在最初的幾年里，科學家們仔細研究了這種新粒子，以檢查它是否具有標準模型所預(yù)測的所有屬性。例如，它的自旋需要為零，而且它與粒子耦合的方式需要與它與反粒子耦合的方式完全相同。事實證明，兩者都與模型的預(yù)期相符。

大型強子對撞機實驗還證實了希格斯玻色子的主要預(yù)測之一--標準模型中的其他粒子通過與希格斯場相互作用而獲得其質(zhì)量。這反過來又證實了希格斯粒子在一些基本力量中的作用--例如，如果希格斯玻色子不存在，我們就需要對諸如為太陽提供動力的核聚變反應(yīng)做出新的解釋。

在大型強子對撞機的第二次運行期間，產(chǎn)生了大約800萬個希格斯玻色子，ATLAS和CMS團隊最近發(fā)布了基于這些數(shù)據(jù)的新研究。這包括它從不同過程中產(chǎn)生的頻率，它衰變成哪些其他粒子和頻率，以及它與其他粒子的相互作用有多強。在科學家們對它進行的幾乎每一次實驗中，希格斯玻色子都符合標準模型的預(yù)測。

盡管到目前為止，希格斯玻色子與標準模型的吻合度相當高，但更詳細地研究希格斯玻色子可能是科學家們揭開這個框架之外的物理學的門票。

以暗物質(zhì)為例。證據(jù)表明，這種神秘的物質(zhì)彌漫在宇宙中，并以其強大的引力影響將星系和星團等結(jié)構(gòu)固定在一起。到目前為止，它還沒有通過實驗被直接探測到，主要是因為暗物質(zhì)很少與常規(guī)物質(zhì)發(fā)生相互作用--但是有一個機會，希格斯玻色子與暗物質(zhì)發(fā)生相互作用的方式可能最終使其被探測到。

希格斯粒子的新測量結(jié)果提出的另一個奇怪的難題是，宇宙可能并不像它看起來那樣穩(wěn)定。它目前可能存在于所謂的假真空狀態(tài)，但在任何時候，宇宙--或它的大部分--都可能突然坍縮成一個真正的真空狀態(tài)。這可能會完全消除所有物質(zhì)，或者如果科學家們幸運的話，它可能只是改寫了自然法則。

宇宙仍然存在的事實表明，由于其他未知力量的作用，它比科學家們的模型顯示的更穩(wěn)定。希格斯玻色子可以幫助科學家們揭開這些力量。

它還可能為另一個長期存在的謎團提供新的線索，即為什么宇宙很久以前沒有自我毀滅。科學家們目前的模型表明，大爆炸產(chǎn)生的物質(zhì)和反物質(zhì)應(yīng)該是等量的，但如果是這樣的話，所有的物質(zhì)都會在數(shù)十億年前發(fā)生碰撞并湮滅。這顯然沒有發(fā)生，表明由于某種未知的原因，創(chuàng)造的物質(zhì)比反物質(zhì)多出一部分。希格斯粒子可以幫助科學家們們弄清是什么讓“天平”向我們傾斜。

這些深刻問題的答案可能就在眼前。7月初，大型強子對撞機啟動了第三次運行，其能量比以前更高。而在2029年，該設(shè)施將作為高亮度大型強子對撞機（HL-LHC）開始新的探索，在一次重大的技術(shù)升級之后，將比以往任何時候都更深入地探索物理學。希格斯玻色子將是這些實驗中的一個核心內(nèi)容。