希格斯玻色子現身
"新粒子將同時開啟物理學的新挑戰。 "
撰文／賈里斯托（Robert Garisto）、阿加渥（Abhishek Agarwal）
翻譯／洪艾彊
當歐洲核子研究組織（CERN）大強子對撞機（LHC）的物理學家在今年7月4日宣佈找到一種新粒子時，他們並未明白稱它為「希格斯玻色子」（Higgs boson）。理由不只是科學家典型的謹慎，也意味這個宣佈所代表的重大意義：長達數十年的理論、實驗和科技的冒險旅程已經結束，與此同時，另一個新的物理時代正要展開。
希格斯玻色子是在1964年，由蘇格蘭愛丁堡大學的物理學家希格斯（Peter Higgs）所提出，當時用以描述所有基本粒子的粒子物理學（現在稱為標準模型）還在發展階段。標準模型提出了數百個可經實驗證實的預測，數十年來一一獲得證明。希格斯玻色子是最後一片拼圖，有了它，構成所有物質的費米子（fermion）和攜帶它們作用力的玻色子就能全數連結起來。它描繪了次原子世界如何運作，不過我們至今仍不曉得這幅圖畫會不會只是一張大畫布上的一角。
標準模型的基礎之一，是統一了電磁力和弱作用力的電弱對稱，由於攜帶這兩個基本作用力的粒子質量差異極大，顯示它們之間的對稱性已經破壞，理論物理學家必須解釋這個分歧。1964年，希格斯、翁勒與布繞特、古拉尼克與哈根以及奇波分別發表在《物理評論通訊》的三篇論文，有志一同提出了一種普遍存在所有空間的新的量子場，這種類似海洋的場不帶自旋，並造成對稱破缺。希格斯更進一步指出，這片海洋的起伏波浪正是一種新的粒子型態，也就是希格斯玻色子的由來。
這個粒子是標準模型的關鍵，也是最難證實的，原因是它需要經過好幾代的加速器發展才得以達到高能量的碰撞，也需要大量的觀測事件。然而，發現希格斯玻色子除了讓標準模型得以完備，事實上也指引了在標準模型之後粒子物理應走的路。
實驗學家需要進一步證實觀測到的粒子的確是自旋為0的希格斯玻色子，接著必須更精密測量這些粒子和其他已知基本粒子的交互作用，原因是截稿之前，後者的測量結果並不符合理論的預測。當然這可能只是實驗統計上的誤差，或是有某種更深的作用在裡面。同時，實驗學家必須持續進行實驗，看看是否不只有一種希格斯玻色子存在。
這些進一步的實驗都很重要，因為理論學家已經建構了許多假想的模型來推廣標準模型，許多模型都預測了不只有一種希格斯玻色子，或是不同於以往的對應與交互作用方式。這些模型包括額外的費米子或玻色子，甚至額外維度的空間。在這些理論之中，超對稱模型最受矚目，它假設所有已知的費米子皆有對應的（雖然尚未被發現）玻色子，同樣地，已知的玻色子也都有同樣數目的費米子同伴。如果超對稱理論正確，希格斯玻色子至少有五種，這表示，我們才剛開始探索這個新領域。
