第九篇：发现上帝粒子能否解救标准模型理论（2012）

本文刊登在北京电力高等专科学校学报 2012 11期 上

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发现上帝粒子能否解救标准模型理论

皮可慰

欧洲核子研究中心（CERN）7月4日召开新闻发布会宣布，他们发现了一种新的亚原子粒子，而这很有可能就是被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子。这让标准模型理论物理学家们兴奋不已，认为这是标准模型理论的胜利。事情果真如此吗？相关学者提出了一些见解。

一、即使“上帝粒子”被发现了，标准模型理论仍然没有前进一步

标准模型理论提出已经大半个世纪，“上帝粒子”是理论的重要内容，理论家们一直是以假设“上帝粒子”存在来试图构建理论大厦的，但是大半个世纪没有取得什么重大进展。

标准模型理论除了设计了一大堆新的实物粒子和新的传递相互作用的粒子外，没有往物质统一结构和统一相互作用理论方向迈进一步。

标准模型理论发明创造了许多的“色”、“味”或者各种“对称”标准，赋予新粒子，然后就宣称这些都是天生的东西，无须进一步解释了。但是什么是色，什么是味，什么是对称或者超对称呢？真的是天生的无须解释的吗？标准模型留下了比没有它之前更多的有待解释的问题。

标准模型理论并不是沿着“统一”的路往前走，没有进一步解释新发明的粒子群为什么是这样的而不是别的样子的。但是如果理论仅仅满足于经验提供的“是什么”及其“关系”，而不探究“为什么”，理论还有什么生命力呢？

这次“上帝粒子”也许真的现身了，但是它能给理论带来什么新的内容呢？笔者认为，因为“上帝粒子”早就是标准模型理论中的一员，因此即使“上帝粒子”被发现了，标准模型理论仍然没有前进一步。标准模型面临的困境依然存在，这个困境是始终无法定量地解释“粒子质量谱”问题，即粒子为什么是这样的质量值的问题。

二、新发现的仅仅是一个短暂稳定的新粒子

据欧洲核子研究中心（CERN）新闻发言人因坎迪拉称，此次发现的新粒子的质量已经确定，而且在统计学上有极高的确定性，新粒子能量在125至126千兆电子伏特之间，这意味着该粒子的质量是质子的125至126倍。因坎迪拉称，这一发现意义十分重大，正是出于这一原因我们在进行所有研究和交叉检验时必须非常仔细。新发现的粒子毫无疑问是一种玻色子，也是迄今为止所发现的最重的玻色子，这很有可能就是被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子。

笔者认为上述公布明确地说明了：（一）发现了一种新粒子，新粒子能量在125至126千兆电子伏特之间；（二）这种粒子肯定不是通常的“实物”粒子，而是玻色子；（三）这种粒子的寿命是很短的。

这样的新粒子是不是希格斯玻色子呢？它是不是能够构成一种“希格斯场”，让其他粒子在其中获得“质量”呢？目前的实验结果未能确认。

笔者认为这次新发现的仅仅是一个新粒子，尽管它的稳定时间很短，但是毕竟与以前发现的，被标准模型理论认为可以纳入其理论之中的，或者被标准模型理论认为不可以纳入其理论之中的大量短寿命粒子一样，能够出现一个可观察到的延续的共振态。新发现的仅仅是一个短暂稳定的新粒子。

三、标准模型理论没有对粒子的质量作出有效预测

标准模型理论对粒子的质量几乎没有作出预测，模型涉及的62种粒子的质量数值大部分是实验值，理论对为什么是这样的实验数值无法作出类似元素周期表一样的定量解释。这次的“上帝粒子”也一样，理论预测值是不能大于1TeV，（是本次实验数值的好几倍）因为超过1TeV，标准模型本身就不存在了，理论并没有对希格斯玻色子的质量作出近似预测。

观察一下科学史，1974年丁肇中等发现的新粒子（正反粲夸克的共振态），当时的标准模型理论中还没有粲夸克的地位，是事后修改理论补充进去的，理论修改以后也不能计算出与实验吻合的质量值。

关于希望用于解释弱相互作用的W、Z玻色子的质量，理论似乎预测得相当准确，理论是根据实验测得的“温伯格角”数值经过计算估计的，实际上也是实验测量的结果。况且弱电统一理论与标准模型理论的直接关联是什么呢？轻子与重子（即所谓夸克）之间存在什么联系呢？两种轻子（重轻子与轻轻子）之间又存在什么联系呢？标准模型理论都不准备回答这些问题，标准模型理论使用了巧妙的方式，以不同的对称方式，加上不同的量子态守恒，将不愿意也无法通过自己的理论联系在一起的事物装进了自己的模型里。

四、标准模型理论的复杂性决定了它难以被大自然接受

物理学的高深复杂是可以理解的，因为复杂的系统必须有高深的数学模型支撑。问题是如果仅仅涉及基础的量子基本结构和基本相互作用的理论需要这么复杂吗？标准模型理论为了解释一个质子，创造出几十种粒子，大自然能够接受这么复杂的理论吗？人们不禁想起哥白尼日心说之前的托勒密地心说，为了在地心说基础上解释行星在人们视野中的运行轨迹，设计的那个本轮模型是多么复杂，然而它不是真理，简单的哥白尼日心说才是真理。

笔者并不是提倡还原论，也不是认为只有简洁的理论才接近真理，而是认为一个高能光子在太空中撞击一个质子，生成了新的正反质子对，（请注意，此时此刻并不是宇宙开创之时）本来就是一个基础的问题，对于太复杂的规则，大自然是难以记住并忠实执行的。

五、“粒子质量谱”问题是重要的研究课题

笔者并不认为标准模型理论真能解决统一结构和统一场论问题，对标准模型理论不能要求那么高。但是要求标准模型理论对它自己构造出来的，包括实验发现而后被它纳入其中的“粒子”的质量进行合理的解释，这是不过分的。因为一个粒子的稳定存在（尽管是短暂的稳定），其重要标志就是“质量”稳定。标准模型理论提出“希格斯场”及“上帝粒子”概念，其主要目的就是要解释“粒子质量”的生成问题。现在“上帝粒子”现身了，（权且认为这次发现的粒子就是上帝粒子）标准模型理论首先就应该能够解释这个“上帝粒子”的能量（质量），为什么是125至126千兆电子伏特的数值而不是别的数值。

高能粒子对撞机的最大成就就是发现并测定了一大批“新”粒子的能量，无论是模糊的峰值还是几个标准差范围的精确值，都是极其有意义的实验成果，它明白无误地说明了这样的能量（质量）状态有比其他状态更大的生存可能性。笔者不认为高能粒子对撞机能够揭示质子、电子的构成或者生成秘密，但是它的确揭示了粒子“质量谱”的事实，这样的确定无误的事实怎能忽视呢？“粒子质量谱”问题一定是一个重要的研究课题，由此一定可以揭示出大自然的重大秘密。

六、只有弄清楚什么是“质量”，才能找到解释“粒子质量谱”问题的途径

笔者认为如何定量地解释粒子质量问题，绝对不能如同“希格斯场”概念描述的：由“希格斯玻色子”（即上帝粒子）构成了“希格斯场”，于是“粒子”在“希格斯场”中“游泳”遇到“阻力”难以加速，于是就有了“质量”概念。质量概念怎能离开粒子的内在特征？笔者认为，首先必须正确理解什么是质量，才能找到解释“粒子质量谱”问题的途径。

笔者提出“量子波设想”，认为粒子就是波，波就是粒子，粒子与场是统一的。量子波的波动频率是最基本的物理量，频率就是能量。能量与质量是相关的，从另一个角度来看，频率就是质量，或者说质量就是频率（需要除以光速平方）。量子的波动有玻色波和费米波两种形式。玻色波的波动中心朝一个方向移动，波速是光速，费米波的波动中心在一定区间往返振动，波速也是光速。纯粹的玻色波是光子，纯粹的费米波是静止的实物粒子，运动的实物粒子同时含有玻色波分量和费米波分量。可以使用一个直角三角形描述量子的频率（相当于能量、质量）、速度和波密度（波长的倒数，相当于动量）。粒子的质量（即能量、频率）为什么稳定，这是因为波动的波长、波幅或者正反粒子之间距离，处于某种数值关系时，出现类似“驻波”的“共振”，频率稳定在这样的“同步”状态。（见笔者《频率直接替代能量在物理公式中的应用（MSae单位制）》一文）

质量与能量统一了，质量成为量子的内在特征，无须单独考虑质量是如何“生成”问题。沿着这样的思维方式，上帝粒子的质量定态问题，简化为高能质子对撞时在频率守恒基础上（注意，是量子生存期间持续的守恒，不存在虚拟的不守恒）的频率形式转换问题（指费米形式和玻色形式转换，一个相位角度的转换）。这样的思维方式应当有助于量子质量谱的解释。

在量子质量谱的研究中，标准模型理论中的有价值的观点仍然是应当考虑的。如对称群理论显然规范了“频率共振”时的定态约束；超导理论（其核心机制是同步）在场理论中的运用，强化了“同步”机制，只有同步才能定态。弱电统一理论是近年最成功的物理基础理论，笔者不赞同引起弱相互作用是W—Z传递相互作用粒子的功能，但在笔者提出的量子波设想中，核力（包括弱核力）是共振状态下的非线性电场力（需要将某些中性量子如中子，理解为含电子的复合量子），弱电是高度统一的。笔者认为弱相互作用的本质是“强”，“强”决定了它的稳定性，即弱的衰变性。

笔者认为，人们应当关注上帝粒子为什么是这个定量化能量值的问题，如果标准模型理论连这个问题都解释不了，如何依靠它去解释其他粒子的质量生成问题呢？这是给标准模型理论提出的一个最“实证”的、最“实用”的问题，以避免涉及过多的理论争议。