捉迷藏

世界上最强大的粒子加速器是特瓦tron，一个环形的、不锈钢的通道，长四英里，能够以超过光速99.99%的速度将原子碎片碰撞在一起。这个宏伟的装置是费米国家加速器实验室的核心，该实验室位于芝加哥以西45英里处，科学家们在那里日夜不停地追踪碰撞。所有这一切都需要一种信仰的飞跃：特瓦tron基本上是看不见的，埋在风吹草动的草原下几十英尺的地方。

在一个寒风凛冽的冬日，我驱车前往费米实验室，去了解一个名为希格斯玻色子的亚原子幽灵。希格斯也需要一种信仰的飞跃，因为到目前为止，它完全是假设性的。一些物理学家指望它来帮助解决他们职业中最棘手的谜团。例如，它可能解释宇宙中物质相对于反物质的优势。或者它可能产生一个能够将引力与其他三种基本力统一起来的长期寻求的万有理论公式。最重要的是，希格斯可能是赋予物质质量的普遍存在的作用场的信使。它可能回答一个巨大的问题：为什么物质有重量而不是没有？

出于所有这些原因，费米实验室和世界各地其他设施的物理学家们都在试图证明希格斯玻色子的存在。但是，自加速器碰撞开始揭示原子内部结构以来的75年里，希格斯粒子一直顽固地逃避着探测。它是描述宇宙中所有基本粒子的标准模型中的一个逃犯。该模型假设存在数十种此类粒子：构成物质的费米子，以及传递力的玻色子。除了希格斯之外，所有这些粒子都已被发现。

我之所以被希格斯玻色子所吸引，正是因为它可能不存在。作为一个科学作家，我处理事实，但在业余时间，我纠结于神秘，而希格斯是一个强大的神秘。没有它，专家们就不能说标准模型符合物理学真理。它是一个如此诱人的幻想，以至于世界各国政府已经投入了数十亿美元和数万亿伏特的电力到旨在将希格斯引入可观察现实的机器中。在找到它之前，希格斯代表着所有未知和极度渴望的事物。“希格斯玻色子确实是一个术语，”费米实验室理论家克里斯·希尔说。“我们不知道我们在谈论什么。”

希格斯源于美好的愿望。它是由英国理论物理学家、爱丁堡大学的彼得·希格斯在20世纪60年代提出的，以帮助弥补量子物理学理解上的巨大鸿沟。最简单、最优雅的模型要求所有基本粒子都应该具有相同的质量：零。但是，人类经验的每一刻都表明恰恰相反，实验表明基本粒子的质量实际上相差许多数量级。德克萨斯大学奥斯汀分校的物理学家史蒂文·温伯格和巴基斯坦理论家阿卜杜斯·萨拉姆使用了希格斯概念，使理论与现实保持一致。

在温伯格的理论中，希格斯场就像一片充斥着整个空间的糖浆。它在不同程度上阻碍粒子的运动。粒子与希格斯场的相互作用越强，阻力越大，粒子就越重。因此，标准模型的对称性得以恢复，因为质量不再被视为物质的固有属性。所有基本粒子在与希格斯场相互作用之前都没有质量。希格斯场相互作用的差异是物理学家对已知最重的粒子比最轻的粒子重20万倍，而光子却完全没有质量的唯一解释。

“希格斯场、标准模型以及我们对上帝如何创造宇宙的设想，都取决于能否找到希格斯玻色子，”诺贝尔奖得主利昂·莱德曼在他的1993年著作《上帝粒子》中写道。他的书推崇了由他设计、耗资100亿美元的超级导电超级对撞机，以捕获希格斯。由于它被认为是所有基本粒子中最重的，希格斯玻色子只会在超高能碰撞中出现。超级对撞机的粒子束将以特瓦tron能量的20倍碰撞。但《上帝粒子》出版后不久，国会就取消了这个项目。

这是希格斯搜寻者遭遇的几次心碎事件中的第一次。下一次是在大型电子-正电子（LEP）对撞机上，这是一台位于欧洲核子研究中心（简称CERN）的、位于法瑞边境的17英里长的粒子碰撞器。2000年8月，在逐渐升级能量的碰撞了十年之后，对撞机团队看到了暗示希格斯存在的迹象。“我们确信我们会找到希格斯粒子，”普林斯顿大学的实验物理学家、CERN搜寻负责人克里斯托弗·塔利说。“那是一个非常戏剧性的时刻。”

不幸的是，LEP对撞机于2000年11月永久关闭，为耗资25亿美元的大型强子对撞机（LHC）让路，该对撞机计划于2007年投入使用。LHC将由来自世界各地的5000名物理学家和500个研究机构提供支持。它将以比特瓦tron高七倍的能量粒子进行对撞。“LHC发现希格斯粒子是保证的——如果它存在的话，”费米实验室的实验物理学家崔秀荣说。

这个限定词 typifies 我所说的“希格斯对冲”现象。只要希格斯的存在仍然是一个问题，专家们就可以对它做出任何数量的声明。他们对它是不可分割的实体还是由更熟悉的粒子组成的复合体意见不一。他们争论是只有一种希格斯还是有五种。哈佛大学的物理学家谢尔顿·格拉肖曾称希格斯玻色子是一个马桶，所有理论上的不一致都冲进了这个马桶。

最终的裁决将来自费米实验室等地的实验物理学家。加速器团队在超现实的抽象建筑和生态意识的混合体中工作。一个名叫破碎对称的蜘蛛状雕塑跨越主入口，像希腊字母π一样的电力塔向东延伸，周边校园的一千英亩土地恢复成了高草草原。地下，两个巨大的探测器，每个重达5000吨，监测着亚原子粒子碰撞，寻找任何非同寻常的东西。

在其中一个名为DZero的探测器旁，项目发言人、北伊利诺伊大学物理学家杰拉尔德·布雷泽描述了每次碰撞产生的复杂次级粒子“淋浴”。这些所谓的“衰变道”的图示看起来像古代符文的流程图。“如果希格斯存在，我们已经在制造它了，”布雷泽指出。但鉴于当前的数据，特瓦tron的设备不够灵敏，无法区分希格斯“淋浴”与例如1995年在这里发现的顶夸克等其他重粒子的“淋浴”。

“你可能需要产生大约十亿个希格斯粒子才能可靠地识别出一个，”麻省理工学院的理论家弗兰克·威尔切克警告我说。他表示，即使是大型强子对撞机在处理这个问题时也会很困难。“这就像收听AM广播。干扰太多了。”

在与粒子物理学家们交谈了一个上午之后，我的脑子也开始像AM广播一样嗡嗡作响。午餐前，我去洗手间洗手。在隔间里，我听到瓷砖地板上传来一声沉重的“叮当”声。我立刻知道发生了什么。我的护身符从绳子上掉了下来。

我的护身符是一块圆形的锡，上面刻着晦涩的符号，与DZero的图表上的物理符号颇为相似。几年前，在我因朋友的去世而痛苦不堪的时候，我买下了它。店主解释说，这个护身符是用来保护我免受破坏性的冲动和能量的侵害的，我应该把它戴在离皮肤近的地方，直到它或绳子断裂。店主解释说，护身符不会脱落，直到我安全为止。我多年前就把它系在腰间，从未摘下过。