提出「上帝粒子」的希格斯於前天4月8日，以94歲高齡去見上帝了。以下我重新改寫之前發表於《科學史上的今天》的文章，再次回顧希格斯粒子的發現。
1960年代，物理學家用夸克、電子、微中子、光子、……等基本粒子，建立了粒子物理的標準模型，不但可以描述物質的組成，也一併解釋了強核力（讓原子核內的質子與中子結合在在一起）、弱核力（讓放射性元素產生衰變）、電磁力（電場與磁場的產生及交互作用）這三種基本作用力。例如強核力的媒介是膠子、弱核力則是透過W玻色子及Z玻色子，而電磁力其實是光子的交換。
標準模型可說是最成功的理論模型，關於這三種基本作用力的實驗結果都和這套理論吻合，而且模型所預測的那些應該存在的粒子，也果真在二十年內一一於粒子對撞實驗中現身——除了希格斯粒子。
希格斯（Peter Higgs）於1929年出生於英格蘭，1954年在倫敦國王學院取得物理博士學位後，輾轉任職於幾間大學，最後於1960年到愛丁堡大學任教，一直待到1996年退休。他在愛丁堡開始思考一個令物理學家頭痛的問題：負責傳遞傳遞作用力的粒子屬於波色子，理論上應該沒有質量，但是實驗顯示W玻色子及Z玻色子有質量，這個矛盾該如何解釋？
希格斯於1964年發表論文，主張空間中遍布著一種後來稱為「希格斯場」的量子場，本來沒有質量的波色子在空間以光速移動時，某些會和希格斯場產生交互作用而慢了下來，粒子看似受到的阻力就相當於它的質量。當時還有另外五位物理學家也提出類似的主張，不過這個機制後來還是叫「希格斯機制」，而希格斯場在產生交互作用時的量子激發，便稱為「希格斯玻色子」或「希格斯粒子」。
物理學家後來發現夸克、電子、……等粒子的質量也可以用希格斯機制加以解釋，使得標準模型更加完善。不過怎麼知道希格斯機制是對的？最直接的方式當然是證明希格斯粒子的存在，問題是理論上希格斯粒子的質量非常大，又瞬間就衰變為其它粒子，必須用極高能量的粒子加速器才有機會從蛛絲馬跡中判定它曾出現。直到1980年代仍然沒有這樣的加速器，希格斯機制還只是個令人存疑的假說。
1983年美國計畫在德州建造能量高達20 TeV的「超導超級對撞機」，令科學家寄予厚望。不料工程進行到一半，國會認為花費過高而於1993年刪除預算，計畫宣告終止，徒留17個深坑與23公里長的隧道。（喜劇影集《少年謝爾頓》中，謝爾頓喜歡的史特吉斯教授就是跑去參加此項計畫，結果計畫終止，才只好回到校園。）
諾貝爾物理學獎得主萊德曼（Leon Lederman）為了呼籲支持此項計畫，所寫的科普書剛好也於這年出版，書名原本叫《天殺的粒子：如果宇宙是答案，那麼問題是什麼？》（The Goddamn Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?），結果被出版商改為「上帝粒子」，從此希格斯粒子便有了上帝粒子的暱稱。
2010年，歐洲核子研究組織（簡稱CERN）的大強子對撞機（簡稱LHC）成功完成3.5 TeV的對撞後，再度燃起發現希格斯粒子的期望。2012年六月開始有耳語：LHC似乎撞出了不尋常的訊號；7月4日，CERN召開記者會，希格斯及其他幾位同時提出希格斯機制的物理學家也都受邀出席，因此全球的物理學家與媒體都屏息以待，猜想著莫非終於找到聖杯了？
果不其然，CERN宣布LHC中的兩種不同偵測方式都不約而同的發現了疑似希格斯粒子的蹤跡！雖然並不是看到希格斯粒子本身或是它的行跡，卻發現兩種希格斯粒子特有衰變途徑──衰變成兩個光子或是四個帶電荷輕子，而且質量在125～126 GeV之間也相當吻合。CERN主任總結時用語謹慎：「我們已經觀察到一個新粒子，它符合我們要找的希格斯玻色子。」但大家都相信就是它了！畢竟搞錯的機率只有三百萬分之一。
第二天，這項重大發現佔據了全世界報紙的頭版版面，絕大部分的媒體都以上帝粒子作為標題，宛如揭開了上帝創世的秘密。2013年3月14日，CERN在進一步確認自旋、宇稱等量子性質後，正式宣告它就是希格斯玻色子。當年十月，諾貝爾獎委員會宣布希格斯與另一位理論建立者恩格勒（François Englert）共同獲得諾貝爾物理獎。不過本身是無神論者的希格斯並不喜歡「上帝粒子」這名稱，認為這會誤導人們以為證明了上帝的存在。
雖然希格斯粒子的發現算是為標準模型正式補上最後一塊拼圖，卻不是畫上句點，還有許多問題有待解答，例如希格斯粒子在宇宙暴脹中扮演什麼角色？我們現在這個宇宙不存在反物質，和希格斯粒子有關嗎？它與暗物質是否有交互作用？此外，標準模型也還無法解釋重力，宇宙仍有太多的奧秘等待我們去探索。
參考資料：
- 《上帝的粒子：希格斯粒子的發明與發現》，Jim Baggott著，柯明憲 譯，貓頭鷹出版
- Peter Higgs – Wikipedia
- Superconducting Super Collider – Wikipedia
- The God Particle (book) – Wikipedia
