今年諾貝爾獎(jiǎng)的三大自然科學(xué)獎(jiǎng)“塵埃落定”。英國(guó)理論物理學(xué)家彼得·希格斯、比利時(shí)理論物理學(xué)家弗朗索瓦·恩格勒特因成功預(yù)測(cè)希格斯玻色子（又稱“上帝粒子”）而獲得2013年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；三名美科學(xué)家分別為：馬丁·卡普拉斯、邁克爾·萊維特和阿里耶·瓦謝勒因在開發(fā)多尺度復(fù)雜化學(xué)系統(tǒng)模型方面所作的貢獻(xiàn)而獲得了本年度的化學(xué)獎(jiǎng)；美國(guó)科學(xué)家詹姆斯·羅思曼、蘭迪·謝克曼以及德國(guó)科學(xué)家托馬斯·祖德霍夫三人“共同揭示了控制細(xì)胞貨物進(jìn)行精確轉(zhuǎn)運(yùn)的分子機(jī)制”而獲得了醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
三大自然科學(xué)諾獎(jiǎng)獲得者到底解決了什么問題？解決這些問題的價(jià)值何在？能給我們的生活帶來什么？為此，記者采訪了有關(guān)專家，給您一一解讀。
基本粒子是如何獲得質(zhì)量的
一年一度的諾貝爾物理獎(jiǎng)揭曉，英國(guó)人彼得·希格斯和比利時(shí)人弗朗索瓦·恩格勒特因?yàn)樗麄兊睦碚擃A(yù)言——“希格斯玻色子的存在”而獲此殊榮，并且在2012年得到了歐洲核子中心實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。
希格斯玻色子是什么？為什么找到它如此重要？復(fù)旦大學(xué)物理系教授吳詠時(shí)說：“該發(fā)現(xiàn)奠定了粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的基石，如果希格斯理論被證明是錯(cuò)誤的，希格斯粒子根本不存在，那么標(biāo)準(zhǔn)模型理論將被推翻，整個(gè)物理世界的理論都有可能要重新改寫。”
在標(biāo)準(zhǔn)模型里，宇宙由62種不可再分的基本粒子構(gòu)成，分為兩大類：構(gòu)成物質(zhì)“實(shí)體”的費(fèi)米子和傳遞基本相互作用的玻色子?；玖Ｗ油ㄟ^強(qiáng)力、弱力及電磁力這三種基本作用力組合成各種復(fù)合粒子，進(jìn)而構(gòu)成物質(zhì)世界。
顯然，物質(zhì)世界是有質(zhì)量的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也清楚表明，除了光子以外的基本粒子都是有質(zhì)量的，但按照標(biāo)準(zhǔn)模型理論，粒子是沒有質(zhì)量的。吳詠時(shí)說：“標(biāo)準(zhǔn)模型的缺陷，就是該模型無法解釋物質(zhì)質(zhì)量的來源。”這給科學(xué)家們帶來了很大困擾。
1964年，希格斯等人提出了“希格斯機(jī)制”的概念，在理論上解決了這個(gè)問題。希格斯等人認(rèn)為宇宙間遍布“希格斯場(chǎng)”，基本粒子在與希格斯場(chǎng)的相互作用下獲得了質(zhì)量，而形成希格斯場(chǎng)的就是一種新的粒子，被命名為希格斯粒子，且根據(jù)對(duì)希格斯粒子性質(zhì)的預(yù)言，希格斯粒子的自旋為零，是一種玻色子。
然而，粒子物理學(xué)模型預(yù)言的62個(gè)基本粒子中的61個(gè)都已經(jīng)得到了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持與驗(yàn)證，但希格斯粒子仿佛一個(gè)幽靈，仍然游離在這座輝煌的大廈之外。由于希格斯粒子未被發(fā)現(xiàn)，重要問題懸而未決，因此一直成為科學(xué)家們苦苦追求的目標(biāo)。而希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)，最終為這一標(biāo)準(zhǔn)模型畫上了完美的句號(hào)。
“如果沒有希格斯粒子，其他的基本粒子就會(huì)仍然以光速運(yùn)行，不能聚合在一起，我們的宇宙將仍然是一鍋沸騰的基本粒子湯，根本不能組成物質(zhì)，生命也無從談起。”參與發(fā)現(xiàn)“上帝粒子”的中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授劉衍文此前表示，從科學(xué)意義上講，發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子比人類登上月球更重要，該理論解釋了粒子為何擁有質(zhì)量，從而演化為萬事萬物，“人類距離了解宇宙誕生之謎或許將要邁進(jìn)一大步”。
發(fā)現(xiàn)希格斯粒子，只是整個(gè)過程的第一步。哈佛大學(xué)物理學(xué)家麗薩·蘭德爾表示，這將進(jìn)一步為更深層次的問題提供解決的線索，比如為什么這些粒子擁有這一質(zhì)量數(shù)值？這個(gè)值是如何確定的？“這是一個(gè)大得多的問題。”
目前我國(guó)在粒子物理研究的某些領(lǐng)域也做出了很有影響的工作。比如，在大亞灣進(jìn)行的中微子振蕩實(shí)驗(yàn)，得出了一個(gè)重要的參數(shù)，這顯示我國(guó)對(duì)中微子振蕩領(lǐng)域的研究，在國(guó)際上已占有一席之地。此外，我國(guó)正在進(jìn)行尋找暗物質(zhì)的研究。“但是，中國(guó)在這些粒子物理前沿領(lǐng)域的理論研究上，還需要進(jìn)一步努力，去趕超國(guó)際領(lǐng)先水平。”吳詠時(shí)說。