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兩個人走進酒吧。 (譯註:這是美國常用的笑話開頭。)
真的嗎?
不,不是你想得那樣。
兩個人走進酒吧,
應該說冰淇淋吧:
Dave 是一位在 CERN 大型強子對撞機(LHC) 工作的物理學家,
CERN 是歐洲的粒子物理實驗室。
而 Steve 是一位藍調歌手。
「Dave,最近如何?」
「Steve,見到你真好!」
「我要兩球巧克力杏仁冰淇淋。」
「我要香草奶昔。」
「嘿!我剛在電視上看到一些關於 LHC 的報導。
你們用你們的儀器發現了笨蛋(bozo)?」
「這個嘛,不完全。
我們發現了玻色子(boson),
可能是希格斯玻色子(Higgs boson)。」
「那是什麼?」
「那是一種粒子。」
「你們不是總是在發現粒子嗎?」
「是沒錯,不過這一次
可以證明希格斯場(Higgs field) 可能真的存在。」
「場?什麼場?」
「希格斯場。
它是以彼得.希格斯(Peter Higgs)命名,
不過很多人對這想法也很有貢獻。
它不是像我們種玉米的那種『場』,
而是一個可不見、假設中的『場』,
它遍佈在整個宇宙。」
「嗯……好吧。
如果它遍佈在整個宇宙中,
那我們怎麼沒看過?
這樣有點怪。」
「嗯,事實上它也不是那麼奇怪。
想想看我們周圍的空氣。
我們沒辦法看到或聞到它。
呃,可能有些時候可以。
但是我們可以用一些先進設備 來偵測它的存在,
比如說我們的身體。
所以我們沒辦法看見 某樣東西的這件事實,
只是讓我們比較難去
分辨這樣東西的存在與否。」
「好吧,你繼續。」
「所以我們相信希格斯場 就在我們周遭,
在宇宙的各個角落。
而讓它非常特別的是
──它賦予基本粒子質量。」
「什麼是基本粒子?」
「基本粒子就是我們所說的
沒有額外結構的粒子,
它們沒辦法再分割,
它們是這宇宙的基本構成要素。」
「我以為那些就是原子。」
「這個,原子事實上是由更小的東西所組成,
質子、中子、還有電子。
其中電子是基本粒子,
而中子和質子不是。
它們是由另一種叫夸克(quark) 的基本粒子所組成。」
「聽起來好像俄羅斯娃娃。
這會有結果嗎?」
「老實說,我們不知道。
但我們目前的理解
是叫做「標準模型」。
在這之中,有兩類的基本粒子:
費米子(fermion), 它構成質量;
還有玻色子, 它承載力量。
我們常常會把粒子
依照它們的性質作排列,比如說質量。
我們可以測量粒子的質量,
但我們一直沒辦法了解 質量是從哪來、
或是為什麼它們擁有各自的質量。」
「那,這個希格斯場 要怎麼解釋質量呢?」
「嗯,當一個粒子通過希格斯場的時候,
它們會交互作用,然後獲得質量。
它們交互作用得愈多, 它就擁有愈多的質量。」
「好吧,我大概了解, 不過它真的那麼重要嗎?
我的意思是,如果這世上沒希格斯場呢?」
「如果沒有希格斯場,
這世界根本不會存在。
不會有恆星、不會有行星、 沒有空氣,什麼都沒有。
甚至不會有你眼前的 湯匙和冰淇淋。」
「噢,這樣就不太好。
好吧,但是希格斯玻色子是如何 和其它東西作用呢?」
「好,你有看到我這奶昔上的櫻桃吧?」
「我可以吃嗎?」
「不行,還不行。我們要先拿它當作 一個比方。」
「噢,對!這櫻桃就是希格斯玻色子。」
「不,不完全。
櫻桃是在希格斯場移動的粒子, 而奶昔就是這個場。
是奶昔給了櫻桃質量。」
「我知道了。好吧,所以奶昔的分子 就是希格斯玻色子!」
「嗯,你更接近了。
要讓希格斯產生希格斯玻色子
必須加點額外的刺激。
比如說,如果我要增加一些能量,
像是,放一顆櫻桃在這奶昔裡……」
「噢,那麼濺到桌面的那些
就是希格斯玻色子。」
「幾乎對了!這濺出來的部份 本身是希格斯玻色子。」
「你是認真的嗎?」
「嗯,這是量子力學教我們的。
事實上,所有粒子都是 某些場的激發狀態。」
「好。那,我好像開始了解 為什麼你喜歡粒子物理了,
它真的蠻酷的,
怪怪的,但是很酷。」
「是啦,你也可以說它有點怪,
它不像日常生活中所見的那樣。
希格斯玻色子是希格斯場的一種激發。
藉由發現希格斯玻色子,
我們就可以知道希格斯場存在。」
「對。所以你找到了,
你知道希格斯場存在。
你們應該完成了。
那粒子物理裡還有什麼沒發現嗎?」
「事實上,我們這只是剛開始。
它就像是,當哥倫布認為
他找到去印度的新航線一樣。
他確實發現了新東西,
不過和他所想的並不完全一樣。
所以首先,我們必須先確認 我們找到的玻色子
確實就是希格斯玻色子。
它看起來蠻像的,但是我們必須觀測
它的一些性質磁能確認。」
「你們要怎麼做呢?」
「取得大量的資料。
這個新的玻色子只會存活 非常短的一段時間,
然後它就分裂、或是衰變
變成更輕、更穩定的粒子。
藉由觀測這些粒子,
我們就可以知道這玻色子的一些性質。」
「那你們究竟在找什麼呢?」
「嗯,標準模型預測了希格斯玻色子
衰變的頻率、以及它會用什麼方式
衰變成其它不同的更輕的粒子。
所以我們想要看看我們找到的粒子
是不是像標準模型預測的那樣,
還是說它比較符合其它的理論模型。」
「那如果它符合其它模型呢?」
「這樣就更有趣了!
事實上,這就是科學會進步的原因。
如果新的理論能更好地 解釋我們的觀察,
那我們就用新的來取代舊的。」
「對,所以看起來找到希格斯玻色子
指出了探索的方向,
有點像是哥倫布決定往西走一樣。」
「完全正確!這真的只是開頭而已。」