諾貝爾獎特寫：粒子物理made easy 2之「上帝粒子」

上回說到，上世紀其中一個最強勁的科學理論──標準模型預言世界萬物都是由61種基本粒子組成，稱它們為基本，因為它們已經分無可分，是最小的單位。它們包括上回介紹過的36種夸克，12種輕子，8種膠子，連同光子、W+玻色子、W-玻色子及Z0玻色子，最後一種，就是尋尋覓覓近四十多年，在2012年終於被歐洲核子研究組織(CERN)的超級強子對撞器發現，無人不知，無人不曉，震驚全世界，小數可以上得到港聞頭版的科學發現，號稱「上帝粒子」的希格斯玻色子。

史丹福作為超級科學小粉絲，於不久前去歐洲畢業旅行時，都特意去上帝粒子的發現地CERN一敞朝聖。可惜當時很多展覽館都在維修中，史丹福只能在紀念品店買些紀念品，當到此一遊。

好，言歸正傳。

話說大家還記得之前提過的電弱統一理論嗎? 這理論很厲害地純一了電磁力及弱作用力這兩種看似的大相逕庭作用力，它提出電磁力及弱作用力根本上就是同一種力，只不過光子沒有質量，W+玻色子、W-玻色子及Z0玻色子則很重衰變得很快，所以電磁力可以遠及無限距離，弱作用力則只可以在原子核這個非常短的距離內發生作用。

但這個理論有一個技術性的問題，物理學中有一條金科玉律，叫「規範對稱」。根據該理論，力量載體不可有質量，要不是數學上就會一發不可收拾。但明明W及Z玻色子的確有質量呀，怎麼辦呢? 你有張良計，我有過牆梯。希格斯(Peter Higgs)等科學家有個想法，可以讓本應沒有質量的W及Z玻色子後天取得質量，他們設想空間中充滿著一種粒子，當沒有質量的粒子穿過它們時，就像經過糖漿一樣，越行越慢，慢慢就不可再以光速移動了。

舉多一個比喻，當一位靚模穿過一個滿佈毒男粉絲的地方，她本可以行得很快，但毒男粉絲見到她，就會堆在她附近，阻礙它前進，受到這些狂風浪蝶影響，靚模只好越行越慢。在這裡，靚模就是沒有質量的粒子，如剛產生的W及Z玻色子，而毒男粉絲就是「上帝粒子」──希格斯玻色子。(真失禮，把鼎鼎大名的「上帝粒子」比喻為毒男，沾污了它的威名。)

在宇宙剛誕生時，溫度及能量都很高，空間未充滿希格斯玻色子，所以W+玻色子、W-玻色子及Z0玻色子是沒有質量的。所以在宇宙剛誕生時，電磁力就是弱作用力，它們是完全一樣的。但當溫度慢慢下降，「毒男」希格斯玻色子出現了，為W及Z玻色子帶來質量，於是電磁力及弱作用力從此分道揚鑣。

「上帝粒子」之所以是「上帝」，因為它創造了質量，若沒有了它，世上物質都會如光子一樣，無形無體，而世間萬物，都會不復存在。

到這裡為止，標準模型的61種粒子都被介紹了。看，沒騙你的，粒子物理都不是這麼深不可測、生人物近吧?

最後，用小弟在CERN買的紀念品，再總結一次標準模型的所有基本粒子。

這個來自維基的summary也很不錯。