魏特曼:我希望希格斯粒子不存在

學術文化 11/01/2012


科學家在七月宣稱,他們可能找到了被外界俗稱為上帝粒子的希格斯粒子,且聽聽因與此發現密切相關理論得到諾貝爾獎的一位物理學家的看法。

今年的林島會議適逢本世代粒子物理的最大發現。安阿伯密西根大學榮譽退休教授暨理論粒子物理學家魏特曼(Martinus Veltman),因粒子物理方面工作,共享了一九九九年的諾貝爾物理獎,而希格斯玻色子的存在正是「標準模型」所預測的。然而在過去三十年,魏特曼本人卻一直懷疑希格斯粒子的是否存在。

簡單來說,希格斯玻色子是什麼?
這無法以古典物理解釋。弱作用力(可對比於電磁交互作用)量子場論的數學困境,在於屬於媒介粒子的W及Z玻色子不具質量。解決之道是假設在整個宇宙間存在有一個力場。媒介粒子可藉由與「希格斯場」的交互作用得到能量,也就是質量。在量子場論,有場就會有伴生粒子,例如電磁場的伴生粒子是光子。相較零質量且自旋為1的光子,希格斯玻色子質量大且無自旋。

發現新粒子帶給您什麼感想?
一開始我對之十分冷淡,現在有時間好好思考,發現其意義重大。早在五十年前,科學家就已經預測有希格斯粒子,現在我們成功找到它,這的確是理論的驚人成果。希格斯粒子應該存在其實是由於非常抽象的理論原因,好幾年來,我一直研究希格斯粒子不存在會帶來的後果。這項新發現代表我暫時會放棄上述努力,至少暫時如此。

為什麼您過去會懷疑希格斯粒子不存在?
首先,希格斯粒子應該存在於各個地方,將質量傳遞給其他粒子,但竟然過去三十年到四十年都逃過儀器的偵測。再來,因為希格斯粒子的能量散布在整個宇宙,應該會導致空間扭曲,如果你去計算一下,這樣宇宙應該會扭曲成只剩足球大小。這是粒子物理面對的最大難題。

您現在想法改變了嗎?
這並不是信仰或心情的問題。只是客觀情況讓我想要知道證據在哪裡。科學家從一九七〇年代初就開始尋找希格斯粒子,每年都會有鬧笑話的,預測說希格斯粒子其實就在角落。因此我才下結論,希格斯粒子不存在的機率比較高。
幸好,在歐洲粒子物理研究中心發佈結果之前,就有人打電話通知我,不然我真的會在林島大會說出「希格斯粒子不存在!」這一類蠢話。

您的研究工作在預測希格斯玻色子中扮演什麼角色?
我的研究工作牽涉到數學形式主義,必須瞭解特定類量子場論的重整化,其中包含電弱標準模型。在這之前,如果不知道如何計算,這就無法做出單一預測。就好像費曼(Richard Feynman)和其他獲得諾貝爾獎的科學家,在一九四八年對量子電動力學做的事。

您和費曼合作過嗎?
我們從未共同發表過論文,但是在一九八三年,有一次我們一起去吃漢堡,聊天時發現我們兩人都不喜歡超對稱理論。

超對稱理論無法解釋暗物質嗎?
當然沒辦法。科學家從一九八〇年代就開始尋找暗物質,但雷聲大雨點小。會不會我們根本就未透徹瞭解重力?天文物理學家對於愛因斯坦重力理論的執著,真是令人難以相信。您知道在我們「看到」暗物質的數個銀河的距離,愛因斯坦的理論驗證了多少?完全沒有!

費曼認為,如果您無法向大學一年級生解釋一件事情,代表您還不真正的瞭解。當今物理界的知識都能夠這麼簡單地解釋嗎?
相對論和量子力學問世後,您可以向想像和直覺告別。希格斯場這個例子正說明某些事物難以向任何人解釋,同樣您也很難解釋沒有比光速更快的事物。這需要透過數學來處理。

您如何解讀公眾對於希格斯粒子的高度關注?
這可不是我幹的事。如同您先前看到的「超越光速的微中子」新聞,一開始您會成為眾人的關注焦點,享受成名的喜悅,不久,研究結果被挑出錯誤,然後灰頭土臉。這是您要承擔的風險,希格斯粒子的情況也是一樣。雖然歐洲粒子物理研究中心不太可能出錯,但是您能想像萬一出錯,會造成什麼後果嗎?

所以您並不支持將歐洲粒子物理研究中心的大強子對撞機碰撞實驗連結到大爆炸理論嗎?
大強子對撞機出來的實驗結果完全無法幫助我們進一步瞭解大爆炸理論。這只不過是宇宙學家和天文物理學家在那裡胡扯,想要搭順風車分享粒子物理學家的部分成果。大爆炸的能量十分驚人,有一整個宇宙,相較之下,大型強子對撞機碰撞實驗的能量微不足道。

您是否曾經和尊夫人探討過粒子物理?
沒有。這就是理論物理學家必須忍受的寂寞。我從來沒有真正成功和家人討論過物理,除了和我的女兒,她在轉行到銀行界之前,也是理論粒子物理學家。

您認為在希格斯粒子領域中,誰應該獲得諾貝爾獎?
只有一個人預測應該存在零質量的粒子,那就是希格斯(Peter Higgs)。雖然布繞特(Robert Brout)和恩格勒(François Englert)在更早兩個月就討論了同樣的機制,但是他們從未預測到這種標量粒子。所以希格斯的功勞應該排第一,恩格勒排第二。布繞特已經過世,剩下基博爾(Tom Kibble),我認為基博爾在研究上的實際貢獻高於希格斯,他是世界上最謙虛的人,應該享有更多功勞。

什麼因素讓您保有研究熱情?
希格斯粒子還有許多問題尚未解決。為什麼基本粒子會分成三個家族,除了質量以外其他性質都相同(例如,電子、緲子和滔子)?這種問題不是光靠建造機器就能回答。但這也是希格斯粒子讓人感傷的原因,因此我並不希望希格斯玻色子存在,它關閉了可以補足「標準模型」缺失的最後一扇門。

是不是次原子領域之後就沒什麼值得研究的課題?
當然不會,這種事不可能發生。探索本身就是人類活動的一環。假設我們決定再也不建造任何粒子對撞機,從現在起的五十年,我們坐在房間裡互相大眼瞪小眼。您不認為到某個時候會有人開口說:我們是不是至少應該去看一看?
【知識通訊評論月刊一二一期】2012.11.01

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