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1、The Nobel Prize in Physics 2013Fran?ois Englert, Peter W. Higgs The Nobel Prize in Physics 2013Photo: Pnicolet via Wikimedia Commons Fran?ois EnglertPhoto: G-M Greuel via Wikimedia Commons Peter W. HiggsThe Nobel Prize in Physics 2013 was awarded jointly to Fran?ois Englert and Peter W. Higgs for th
2、e theoretical 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 15 页 - - - - - - - - - discovery of a mechanism that contributes to our understanding of the origin of mass of subatomic particles, and which recently was confirmed through the discovery of the predic
3、ted fundamental particle, by the ATLAS and CMS experiments at CERNs Large Hadron Collider解读 2013 年度诺贝尔物理学奖众望所归的“上帝粒子”本报记者甘晓 冯丽妃潘希从去年 7 月欧洲核子研究中心 （CERN ） 的大型强子对撞机 （LHC ）试验宣布发现希格斯玻色子，到颁发2013 年诺贝尔物理学奖，仅仅过去了一年多的时间。而从 1964 年比利时科学家弗朗索瓦恩格勒和英国理论物理学家彼得希格斯等多名科学家提出该粒子的相关机制和理论至今，已过去近50 年的时光。10 月 8 日， 2013 年度诺贝尔
4、物理学奖尘埃落定。恩格勒和希格斯因成功预测希格斯玻色子而获奖。这个曾经“扑朔迷离”，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 15 页 - - - - - - - - - 让众多物理学家倾注多年心血寻找的“上帝粒子” ，终于实至名归。粒子物理的一大步希格斯玻色子的自旋为零，是物质的质量之源，其他粒子受其作用产生惯性， 最终形成质量。 希格斯玻色子是宇宙形成的基础，被科学界誉为“上帝粒子”。对于诺贝尔物理学奖花落“上帝粒子”，中科院院士陈和生表示： “全世界物理学家期
5、盼已久，两位科学家获奖众望所归。”在粒子物理学中， 标准模型是一套描述强力、弱力和电磁力等三种基本力， 以及组成所有物质的基本粒子的完美理论。“这个理论非常完美， 唯一的问题就是所有的粒子都没有质量，然而我们的世界是有质量的。”陈和生在接受中国科学报记者采访时说。1964 年，恩格勒率先提出了希格斯玻色子机制，赋予基本粒子以质量。 而希格斯等 5 名科学家相继提出相关理论，并以希格斯的名字命名了这种粒子。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 15 页 - - -
6、 - - - - - - “希格斯粒子的发现使人类文明以及对自然界的认识都向前推进了一大步。 ”中科院高能物理所研究员娄辛丑向中国科学报记者表示。同时，中科院高能物理所研究员张新民也认为，希格斯粒子的发现对于宇宙学研究意义重大，“针对希格斯粒子的研究有可能帮助我们揭开宇宙中为什么没有反物质之谜。”我国粒子物理快速发展2012 年 7 月，CERN 的一组科学家宣布，他们通过对撞机发现了一种新粒子，该粒子很可能就是希格斯玻色子。陈和生说：“在经过全世界物理学家近半个世纪的努力，去年找到了希格斯粒子。”“从探测器建造到数据分析，中国科学家也作出了重要贡献。”同时， “在创新驱动的背景下， 我国高能
7、物理正在快速发展。目前，中国粒子物理在部分领域已经处于世界领先水平。”陈和生表示，“例如，北京正负电子对撞机、中微子震荡等。”名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 15 页 - - - - - - - - - 中科院理论物理所研究员李淼表示：“我对中国粒子物理的未来感到很乐观。”科学家认为，未来希格斯粒子研究还有很大空间，中国科学家应把握当前的良好机遇。 中科院理论物理所研究员杨金民指出：“未来，发展高能物理的中心任务是精确检验希格斯粒子的性质和寻找新物理， 因
8、此，对撞机将不遗余力地提升亮度和能量，更激动人心的新物理值得期待。”不过，据李淼介绍，我国在希格斯粒子方面没有开展独立研究，主要是由于研究设备尚未成熟。因此，科学家建议，为加速我国粒子物理的发展，应修建5070 公里的环形对撞机。在娄辛丑看来，拥有自己的“希格斯工厂”是中国粒子物理学发展的良好机会。 “不仅能推动中国高科技加工以及精密机械的发展，还能为国家培养科研人才。”他希望，今后中国每年可以产生 5 万个希格斯粒子，并对其进行研究。最后一小时的插曲本届诺贝尔物理学奖的宣布连续推迟了三次，比原定时间推迟了一小时，成为科学界广泛讨论的焦点。美联社称：“这样的名师资料总结 - - -精品资料欢迎
9、下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 15 页 - - - - - - - - - 情况并不多见，诺奖通常准时宣布。”直到当地时间12 点 45分，瑞典皇家科学院常务秘书斯塔凡诺玛科才说：“下面宣布我们今天作出的选择。”一种观点认为，投票过程并不顺利。这是由于，同时期提出希格斯粒子的有三组共六名科学家，除了已经去世的罗伯特 布绕特， 还有五名科学家。 根据诺奖获得者不超过三人获奖的惯例，这五名科学家不可能同时获奖。因此，评审委员会不得不在五名科学家中选择最多三人获奖。不过，陈和生表示：“根据经验，
10、诺奖获得者名单会经过较长时间的严格评估，不太可能刚刚才决定下来。”今年5 月底，一名物理学家就向陈和生透露，他正在为诺奖委员会对希格斯粒子的发现作评估。截至记者发稿时，诺奖委员会尚未对推迟作出解释。无论如何，最后一小时内究竟发生了什么，都已成为2013 年诺奖的插曲。中国科学报 (2013-10-09 第 1 版 要闻) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 15 页 - - - - - - - - - 解读诺奖：希格斯的盛名与温伯格的失手(邢志忠博客 ) 今年
11、的诺贝尔物理学奖终于尘埃落定，彼得希格斯（Peter Higgs）和弗朗索瓦昂格勒（Fran?ois Englert）几乎毫无悬念地获得这项殊荣。 在这两位获奖人之间，相信大多数公众从来没有听说过昂格勒的大名。 那么， 凭什么希格斯一个人出尽了风头，而提出“布劳特 - 昂格勒 - 希格斯机制” 的另外两位物理学家却鲜为人知？这里面当然有很多原因，比如粒子物理学界的大佬之一史蒂文温伯格（ Steven Weinberg）的一朝“失手”成就了千古恨。美国德克萨斯大学的史蒂文温伯格（Steven Weinberg）教授是当代登峰造极的理论物理学家之一，素以头脑敏锐、 学风严名师资料总结 - - -精
12、品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 15 页 - - - - - - - - - 谨而著称。 他在科研方面的一大特点是喜欢单干，一个人发表了不少影响深远的学术论文，其中包括1967 年那篇将电磁力与弱核力统一在一起、使他一举荣获1979年诺贝尔物理学奖的经典之作。然而任何人都会偶有失手，温伯格也不例外。 他在引用别人文章时的一次大意和一次笔误，却在某种程度上成就了彼得希格斯（ Peter Higgs）的盛名，让最先提出“希格斯”机制的弗朗索瓦昂格勒（Fran?ois Englert）和
13、罗伯特布劳特（Robert Brout）郁闷不已。发表于 1964 年的四篇论文奠定了 “希格斯” 机制在基本粒子物理学中举足轻重的地位，其作者、 期刊、投稿时间和发表时间如附表所示。由此可见，杰拉尔德古拉尔尼克（Gerald Guralnik ）、迪克哈根（ Dick Hagen） 和汤姆基布尔 （Tom Kibble）的工作明显晚于昂格勒和布劳特以及希格斯的工作。这三组科学家独立地探讨了标量场的对称性自发破缺机制，暗示了基本粒子或许可以通过这种方式获得质量。1967年，温伯格借助 “希格斯”机制成功地建立了与实验事实相符的电弱统一理论。作者期刊投稿时间发表时间昂格勒、布劳特物理评论快报19
14、64 年第 13 卷第321 页1964 年 6月 26 日1964 年 8月 31 日希格斯物理快报 19641964 年 71964 年 9名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 15 页 - - - - - - - - - 年第 12 卷第 132 页月 27 日月 15 日希格斯物理评论快报1964 年第 13 卷第508 页1964 年 8月 31 日1964 年 10月 19 日古拉尔尼克、哈根、基布尔物理评论快报1964 年第 13 卷第585 页1
15、964 年 10月 12 日1964 年 11月 16 日虽然温伯格在自己那篇发表于1967 年的论文中悉数引用了上述四篇文章， 但他却不经意地把希格斯排在了其他人的前面。由于参考文献一般只能显示每篇引文的期刊名称、年份、卷号和页码，因此读者如果不去查原文的话，根本无法判断希格斯发表在物理快报（ Phys. Lett.）的论文比那三篇发表在物理评论快报（ Phys. Rev. Lett.）的论文早还是晚。很多人就此稀里糊涂地将希格斯的物理快报文章当作“希格斯”机制的开山之作。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精
16、心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 15 页 - - - - - - - - - 戏剧性的一幕发生在1971 年，当时温伯格在 物理评论快报 第 27 卷第 1688页发表了另一篇探讨弱核力与电磁力的统一性的论文。他在引用希格斯的物理快报论文时，错把它写成了物理评论快报1964 年第 12 卷第 132 页。后者的发表时间看起来 比昂格勒和布劳特的论文提早了一卷，于是乎希格斯理所当然地被那些粗心的读者当作是第一个提出“希格斯”机制的人。令人遗憾的是， 很多崇拜温伯格的读者并没有认真查看希格斯等人的原始文献， 而是照着温伯格的葫芦画瓢，通过自己的论文将他的笔误扩大化地传播下去，在
17、一定程度上使得希格斯名声大噪。直到 2012 年 5 月，温伯格本人才意识到自己的这一引用失误，并就此在纽约书评杂志上做了公开纠正。两个月以后，欧洲核子研究中心宣布： 科学家们在大型强子对撞机上发现了一个酷似希格斯玻色子的新粒子。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 15 页 - - - - - - - - - 最可笑的是，真正发表于物理评论快报1964 年第 12卷第 132 页的论文其实是一篇由10 位美国科学家合写的、与电弱统一理论毫无关系的工作，但却莫
18、名其妙地被温伯格的糊涂粉丝们引用了 300 余次！毫无疑问，科学研究离不开对原始文献的精心检索，以及对每个细节都刨根问底的精神。也许温伯格的偶尔失误不足为怪，但他的许多追随者所表现出来的“人云亦云” 之风，却是科研工作的大敌。（本文的主体部分已经发表在科学世界2013 年10 月号）谁最先提出了“希格斯机制”？(邢志忠博客 ) 83 岁高龄的英国爱丁堡大学退休教授彼得希格斯成为今年最受瞩目的明星物理学家，原因在于欧洲核子研究中心的科学家们最近在大型强子对撞机上发现了一种与“希格斯机制” 所预言的玻色子十分相像的新粒子。如果该粒子最终被证实就是全世界期待已久的 “希格斯玻色子” ，那无疑将为成功
19、地描述了电磁力、弱核力与强核力的标准模型锦上添花，也将使希格斯本人作为“玻色子”的一生登峰造极。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 15 页 - - - - - - - - - 2002年，希格斯在国际现代物理期刊A 辑 （Int. J. Mod. Phys. A）发表了一篇题为“我作为玻色子的人生：“希格斯”的故事”（ My life as a Boson: the story of the “Higgs”）的短文，回顾了自己提出“希格斯机制”的前因后果。
20、1964年 7 月27 日，希格斯把自己研究对称性破缺和无质量粒子问题的第一篇论文寄到了欧洲物理学会主办的物理快报（Phy. Lett.）的编辑手里。该论文只包含了79 行文字和 5 个方程，但却隐含了一个重要的物理思想， 即有可能通过规范对称性的自发破缺为传递相互作用的粒子提供有限的质量。一周以后， 希格斯将该想法具体化并写出了第二篇论文，再次向物理快报投稿。有趣的是，他的第一篇论文运气很好，很快于9 月 15 日正式发表；但是第二篇论文却莫名其妙地被拒绝了，据说编辑觉得希格斯所进一步探讨的问题其实跟物理学没什么明显的关系。对自己的工作有足够信心的希格斯对第二篇文章稍作修改，加上一段文字来说
21、明其理论在强相互作用中可能的应用。 “这并不是特别现实的， ”他回忆道，“但那却证明了你可以用这种方法来打破规范对称性并产生有质量的矢量玻色子。”1964 年 8 月 31 日，不愿意再跟物理快报编辑纠缠的希格斯把修改过的第二篇论文投到了美国物理学会主办的物理评论快报（Phys. Rev. Lett.）。这一次他的运气不错， 论文很快被接受并于10 月 19 日正式发表。 迄今为止，希格斯的这两篇文章分别被引用了2000 余次和 1700余次， 它们所揭示的理论机制被称为“希格斯机制”而闻名于世。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - -
22、- - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 15 页 - - - - - - - - - 然而鲜为人知的是， 希格斯的工作其实并非最早关于“希格斯机制”的学术论文。 早在 1964 年 6 月 26 日， 物理评论快报就收到了来自布鲁塞尔自由大学的弗朗索瓦恩格勒特（Fran?ois Englert）和罗伯特布罗特（ Robert Brout）所联合撰写的文章，他们用费曼图方法得到了本质上与希格斯相同的结论。这篇文章于8 月 31 日正式发表，而这一天恰好就是希格斯的第二篇论文寄到物理评论快报的日子。更值得注意的是，恩格勒特和布罗特的工作甚至比希格斯发表在物理快报
23、 上的工作还要早一个月，迄今为止得到了1500 余次的引用。既然如此，为什么这两个人与希格斯相互独立发现的物理机制却在1972 年夏天以后被绝大多数人称作“希格斯机制”而不是“恩格勒特 - 布罗特 - 希格斯机制”呢？（见下图：恩格勒特（左）与布罗特）关于这个问题的答案， 就连希格斯本人也说不清。他略带尴尬地猜测， 自己之所以意外地获得了这份殊荣，原因就在于修改第二篇文章时所加上的那段话道出了“希格斯机制” 的精髓。 假如 “希格斯粒子”最终得以被实验所证实， 那么很显然恩格勒特、布罗特和希格斯三人最有希望分享诺贝尔物理学奖。不幸的是，布罗特已于 2011 年 5 月 3 日去世，享年82 岁
24、。值得一提的是，“觊觎”这块诺贝尔奖牌的还有另外三位理论物理学家：美国人名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 15 页 - - - - - - - - - 杰拉尔德 古拉尔尼克（ Gerald Guralnik ）和迪克哈根（ Dick Hagen） 以及英国人汤姆基伯（Tom Kibble ）。他们于 1964年 10 月 12 日把一篇讨论 “希格斯机制” 的论文投到了 物理评论快报 编辑部， 该文章在同年11 月 16 日正式发表， 至今已经被引用了 1
25、200 余次。毫无疑问，他们的工作比恩格勒特、布罗特和希格斯的工作晚了好几个月，但是也得到了同行足够的重视。科学研究的乐趣不仅在于创新和发现，而且在于能够抢在别人的前面做出创新和发现。这种智力竞争和体育比赛一样，会带给科学家们难以名状的刺激和兴奋，当然有时也不免会失落甚至走背运。按照诺贝尔奖评委会的惯例，每个奖项最多只能有三人分享。谁能最终切下 “希格斯机制” 这块诺贝尔奖的蛋糕？众说纷纭。让我们拭目以待。作者期刊稿件到达时间稿件发表时间恩格勒特、布罗特Phys. Rev. Lett. 13 (1964) 3211964 年 6 月26 日1964 年 8 月31 日希格斯Phys. Lett
26、. 12 1964 年 7 月27 日1964 年 9 月15 日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 15 页 - - - - - - - - - (1964) 132希格斯Phys. Rev. Lett. 13 (1964) 5081964 年 8 月31 日1964 年 10 月19 日古拉尔尼克、哈根、基伯Phys. Rev. Lett. 13 (1964) 5851964 年 10 月12 日1964 年 11 月16 日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 15 页 - - - - - - - - -