為了看懂丘成桐楊振寧王貽芳及眾多吃瓜群眾的智慧之光……
這幾天，大型對撞機的日子過得不怎麼太平，
丘成桐、楊振寧、王貽芳等科學家對「中國當下該不該造大型對撞機」這一話題展開了熱議，
每一位大咖的言論下面，都有無數吃瓜群眾在跟帖。
然而能跟上他們節奏的畢竟還是少數，
大多數人都會有一種奇怪的感覺：
咦，明明他們說的每一個字我都認得，
怎麼連成一整段就不知道在說什麼了呢？
對撞機、標準模型、超對稱粒子、弦理論……都是些什麼鬼啊？
都在欺負我讀書少嗎？
這件事兒呢，要從遙遠的歐羅巴大陸說起。
在山的那邊海的那邊有一台對撞機，
它就是歐洲核子研究中心（CERN）的大型強子對撞機（LHC）。
LHC耗資近100億美元，建造在一條周長為27千米的圓形隧道內，隧道直徑大約3米，位於地下50～150米。
這麼多錢砸進去，搞出什麼大動靜了沒？
動靜不要太大！
2012年7月4日，CERN宣布，LHC經過兩年多的運行，發現了一個新的亞原子粒子，其性質與標準模型預言中的希格斯玻色子相符。此消息一經公布，立即成為物理學界的頭號新聞。
哇塞這分分鐘上熱搜的希格斯粒子是什麼來頭啊？
美國物理學家、1988年諾貝爾物理學獎獲得者利昂?萊德曼在其著作《上帝粒子：如果宇宙是答案，那麼問題是什麼？》中，將希格斯粒子被稱為「上帝粒子」。
希格斯粒子的發現，被譽為「拼出了標準模型的最後一塊拼圖」 。
LHC是如何發現新粒子的呢？
LHC用特殊的技術手段，引導兩束質子在27千米的圓形隧道中以接近光速運動，兩束質子的運動方向相反，因此有機會對撞。兩塊石頭高速撞在一起，會碎裂為大量更小的石子。同樣，質子對撞，會產生大量的微觀粒子，可能會是基本粒子中的任何一種。如果希格斯粒子真的存在，便有可能發現它。
宏觀世界中的每種動物都有自己的身體特徵。同樣，微觀世界中的每種基本粒子也有其不同的特徵。通俗地講，我們可以認為希格斯粒子有5個面，如果LHC實驗看到了這5個面，並且每個面的特點都與預言中的希格斯粒子相符，就表明發現了希格斯粒子。根據LHC的實驗設計，有可能看到希格斯粒子5個面中的3個。在LHC已經得到的實驗數據中，順利地看到了其中的2個面，已經足以表明發現了一個新的粒子。由於沒有看到第3個面，本著物理學家的謹慎，歐洲核子研究中心的研究人員沒有直接宣布發現了希格斯粒子，而是說發現了一個新粒子，其特徵與希格斯粒子相符。
看到希格斯粒子一個面的功臣是超導環場（ATLAS）探測器
看到希格斯粒子另一個面的功臣是緊湊型μ介子螺線管（CMS）探測器
這一發現讓著名物理學家斯蒂芬?霍金賠了100美元，因為他曾和人打賭——LHC無法找到希格斯粒子。不過他還是屁顛屁顛地表示，這項成果狂拽酷炫，希格斯粒子的提出者——彼得?希格斯教授一定可以拿下諾獎。
彼得·希格斯(Peter Higgs)
英國物理學家，1929年生於英國泰恩河畔紐卡斯爾，1954年在倫敦大學國王學院獲得博士學位，目前是英國愛丁堡大學榮譽教授。1964年，提出一種粒子場的存在，預言一種能吸引其他粒子進而產生質量的玻色子的存在，即希格斯玻色子。
大神的氣度還真是不一般，賠了錢還能幫人吆喝……
而大神的眼光更不一般——
2013年10月8日，瑞典皇家科學院果然將2013年諾貝爾物理學獎授予了比利時物理學家弗朗索瓦?恩格勒特和英國物理學家彼得?希格斯，以表彰他們描述了粒子物理學的標準模型，並成功預測希格斯玻色子的存在。
大！寫！的！服！
為什麼希格斯粒子有這麼大的面子，讓霍金賠了錢還那麼高興？
除了霍金並不缺這100美金以外，
還要從「拼出了標準模型的最後一塊拼圖」這句話扒起。
標準模型？「三合一」！
自然界有四大基本力，分別為萬有引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力。宇宙間所有現象都可以用這四種作用力來解釋。
人們一直想要證明，這四種基本作用力只是同一種力的不同表現形式。
這就是大統一理論的目標——多年來，物理學家一直試圖用它描述目前人類已知的全部粒子和作用力。
電與磁的統一
第一個在「統一」的道路上做出啟發性貢獻的或許就是麥克斯韋了。19世紀60年代，麥克斯韋證明了電和磁實際上是同一種基本相互作用（電磁力）的兩個方面。他還列出了表達電磁基本定律的麥克斯韋方程組，這個方程組表明，光就是一種電磁波。
電磁力與弱相互作用力的統一
一個世紀之後的1967年，理論物理學家史蒂文?溫伯格、穆罕默德?阿卜杜勒?薩拉姆和謝爾登?格拉肖向大統一理論邁出了第一步。他們證明，在相當於宇宙誕生後頭十億分之一秒的極高能量條件下，電磁力和弱相互作用力會結合成弱電力。
標準模型：三合一
將強相互作用、弱相互作用和電磁力三者統一起來的，當屬楊振寧開創的標準模型理論了，這是繼牛頓經典物理之後最接近大統一理論的一套自然哲學觀。這套理論主導了20世紀50年代以後的物理學發展，而且與實驗高度吻合，目前為止幾乎所有對以上三種力的實驗的結果都符合這套理論的預測。
而希格斯粒子，就是標準模型理論中最後一個被發現的粒子。
所以說它是「標準模型的最後一塊拼圖」，一點都不為過！
然而，標準模型並不是一個萬有理論。
首先，引力仍然像一個問題少年般游離在外。
三缺一，就差你了引力！
其次，物理學家之所以認定現在的標準模型並不完整，是因為希格斯玻色子極其詭異的質量。為了解釋這一現象，理論物理學家提出了「超對稱理論」。根據超對稱理論，每一個「費米子」，例如電子或夸克等可以增加希格斯質量的粒子，都會有相對應的「玻色子」來抵消希格斯質量的增加。就好比一場拔河比賽，每位選手都有一位勢均力敵的對手，雙方始終處於平局。
所以接下來就是尋找超對稱粒子了。
那還等什麼，趕緊找啊！
LHC用盡洪荒之力，打算百尺竿頭更進一步，
結果卻發現：
神馬都木有！
沒有暗物質的跡象，沒有新的基本粒子，沒有額外維度存在的痕迹。
甚至，連曾經出現過的、轟動一時的「雙光子粒子」也消失了——研究人員不得不沮喪地承認，那僅僅是統計波動的結果。
當然了，超對稱粒子也沒有出現。
這使得很多人加劇了對超對稱理論的質疑。
楊振寧就在某微信公號發表的意見中表示：
「
超對稱粒子的存在只是一個猜想，沒有任何實驗根據，希望用極大對撞機發現此猜想中的粒子更只能是猜想加猜想。
」
如果放棄尋找超對稱粒子，大統一理論就無路可走了嗎？
非也！
楊振寧同時表示，高能物理至少有兩個方向值得探索。
「
A、尋找新加速器原理。
B、尋找美妙的幾何結構，如弦理論所研究的。
」
弦理論正是完成大統一理論的頭號種子選手！
弦理論
弦理論是最有希望將自然界的基本粒子和4種相互作用力統一起來的理論。英國倫敦國王學院的理論物理學家約翰?阿利斯說：「我認為，弦理論是唯一有資格作為大統一理論框架的候選理論。」弦理論是理論物理的一個分支學科，一開始並非為大統一理論而提出。20世紀60年代末，正在嘗試解釋強相互作用力的物理學家提出，最好把參與強相互作用力的粒子理解為以各種方式振動的弦，而不是此前理解的空間中無限小的點；弦的不同振動和運動產生出各種不同的基本粒子。最終，人們找到其他更適合描述強相互作用力的方式，但關於弦的數學如此優雅迷人，以至於讓物理學家難以割捨。經過20世紀七八十年代的發展，一個新的想法逐漸成熟起來：弦理論也許更適合描述量子引力，並用以填補微觀世界和宏觀世界之間的理論鴻溝。
弦理論有助於我們理解高溫超導機制
這件事兒說到這裡似乎差不多可以結束了，
這場匯聚了丘成桐楊振寧王貽芳……（後續可能還有更多大咖加入）以及眾多吃瓜群眾的智慧之光的辯論賽，
你應該可以看懂了吧？
本文素材來自《科學畫報》刊載文章：
揭開粒子質量之謎，文/陳學雷
大統一理論究竟有什麼用，文/陳夕朦 王洪鵬
上帝粒子」與質量起源之謎，文/秦鴻翼
自然界的四大基本力，文/王家驥
部分素材來自網路
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