“上帝粒子”發(fā)現(xiàn)10周年,讓我們回憶一下這位給它起名的物理巨人

(圖片來源:CERN)
2012年7月4日,歐洲核子研究中心(CERN)宣布發(fā)現(xiàn)了“上帝粒子”(希格斯玻色子)。希格斯玻色子是粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的一種玻色子,正是它的存在,基本粒子才擁有了質(zhì)量。
“上帝粒子”為什么叫上帝粒子呢?
這就不得不說到一個人——1988年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者利昂·萊德曼(Leon Max Lederman,1922.7.15-2018.10.3),正是他給這種賦予萬物質(zhì)量的粒子起了一個這樣一個家喻戶曉的名字。
時值“上帝粒子”發(fā)現(xiàn)10周年,讓我們通過10個小故事,來了解一下這個給“上帝粒子”起名的物理學(xué)家。

1922年7月15日,利昂·萊德曼出生于紐約的一個平民家庭。利昂的父母都是東歐猶太人移民,經(jīng)營著一家洗衣店。
“二戰(zhàn)”爆發(fā)后,利昂成為一名通訊兵,前往歐洲戰(zhàn)場。戰(zhàn)后,他回到美國,在哥倫比亞大學(xué)研修物理專業(yè)。
關(guān)于軍旅生涯,萊德曼喜歡講這樣一則笑話:
中士對著一隊(duì)剛?cè)胛榈牧斜?,發(fā)表了一番關(guān)于公制的訓(xùn)話。中士:在公制下,水的沸點(diǎn)是90度。士兵:請?jiān)?,長官,水的沸點(diǎn)是100度。中士:當(dāng)然。我太傻了,是直角會在90度沸騰。

1960年底,利昂·萊德曼發(fā)現(xiàn)了μ中微子(組成物質(zhì)的最小粒子之一)。
1988年10月10日早晨6點(diǎn),諾貝爾委員會打來電話,通知他獲得諾貝爾物理學(xué)獎。
這獎來得實(shí)在有些遲,兩者相隔27年。
為什么姍姍來遲?
利昂·萊德曼經(jīng)過分析、比對和驗(yàn)證,得到結(jié)論:“瑞典皇家科學(xué)院把時間拖后,是因?yàn)樗麄儾荒艽_定應(yīng)該獎勵我的哪一項(xiàng)偉大成果?!?br>


作為“二戰(zhàn)”后美國粒子物理學(xué)領(lǐng)域的巨擘,利昂·萊德曼碩果累累,諾獎級成就不止一項(xiàng)。比如,20世紀(jì)50年代,他證明了李政道、楊振寧的宇稱不守恒理論。
萊德曼和李政道曾在哥倫比亞大學(xué)共事,星期五是當(dāng)時哥大物理系這群人吃中餐的日子。(他們和謝耳朵、萊納德等人的時間表看來是有重合的。)
作為這里最懂中餐的人,李政道即將點(diǎn)菜——后來,萊德曼在自己舉世聞名的科普著作《上帝粒子》中細(xì)致地記錄了下來:
李政道點(diǎn)菜很有派頭,那真是一種藝術(shù)。
只見他瞅了一下菜單、便箋本,用漢語向服務(wù)員問了一個問題,而后皺皺眉頭,提筆畫過紙面,認(rèn)真地寫了幾個符號。接著是另一個問題,在一個符號上做了一下改動。為了得到神的指引,他瞥了一眼錫制的浮雕天花板,然后,大筆一揮而就。最后再看時 ,他的兩只手都停在便箋本上,一只手五指伸開,傳遞著教宗對眾人的祝福,另一只手則握著鉛筆桿。
一切盡在此間,陰陽和色香味的完美交融……
就是在這次中餐會上,萊德曼得以進(jìn)一步理解李、楊的理論,并得到情報(bào),吳健雄已經(jīng)著手驗(yàn)證,看起來效果不錯。
萊德曼大驚,回去后連夜設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),從另一個角度同樣證明了李、楊理論的成立。盡管著手稍晚,但他與吳健雄的論文發(fā)表在同一家期刊,且收稿日期相同。
顯然,萊德曼搶到了一項(xiàng)諾獎級成就。他和吳健雄,兩位實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家,可以分得一杯羹。
但1957年的諾貝爾物理學(xué)獎只授予兩位理論物理學(xué)家——李政道和楊振寧。
萊德曼后來在《上帝粒子》中說:
農(nóng)夫想要尋找珍貴、鮮美的塊菌,就會帶豬到附近,豬憑借自己獨(dú)特的本領(lǐng)努力找到了塊菌,可就在此時,農(nóng)夫把塊菌連忙拿走了。
實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家就像這頭豬,而理論物理學(xué)家則是“狡詐”的農(nóng)夫!


從1978年起,萊德曼成為費(fèi)米國家加速器實(shí)驗(yàn)室的第二位主任。前任的名字叫羅伯特·威爾遜。
面對這個耗資巨億的“大家伙”,曾有議員不斷詰問:“這個加速器有沒有希望在某些方面跟國家安全聯(lián)系起來?”
威爾遜回答:“加速器和保護(hù)我們的國家沒有任何直接關(guān)系,只是讓它變得更值得保護(hù)了?!?br>最終,威爾遜還是由于政府的支持太少憤而辭職。
萊德曼受命接任。
費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室外面是一片大草原,有不少野牛。利昂·萊德曼在這里養(yǎng)雞,吃土雞蛋;養(yǎng)馬,沒事可以騎在馬背上兜風(fēng)。
每年的6月1日,身為主任的他,要帶領(lǐng)全體人員圍繞著巨大的環(huán)形加速器跑一圈。
環(huán)內(nèi)是奔跑著的反質(zhì)子,環(huán)外是奔跑著的一群兩足無毛的生物。
里面的跑完一圈只需百萬分之二十二秒,外面的跑完一圈要38分鐘。
兩者相差約1億倍。


宇宙中有一種神秘的粒子,被認(rèn)為賦予了萬物的質(zhì)量,名叫希格斯玻色子。如果能找到它,則人類距離宇宙終極之理便又近了一步。
只有建造能量更大的加速器,才有可能捕獲這種粒子。
能量越大,耗費(fèi)越大。因此利昂·萊德曼沒好氣地管它叫:“該死的粒子( goddamn particle)”。
后來他寫了一本科普書,講述人類探索物理學(xué)真理的發(fā)展歷程。本來書名要叫這個名字,合作者嫌不雅,稍作變通,便成了如今大名鼎鼎的上帝粒子( God Particle)。


利昂·萊德曼希望政府能夠撥款,建立能量更大的加速器——超導(dǎo)超級對撞機(jī),捕獲上帝粒子。
他幾乎要成功了。對撞機(jī)已經(jīng)初步建成,只是到1993年,政府又將這個計(jì)劃中途放棄。
萊德曼抱怨:“愛因斯坦說物理學(xué)家的工作是‘讀懂上帝的思想’,但你怎樣才能讀懂美國議員的思想呢?”
原來最難理解的乃是人心。據(jù)說,對撞機(jī)的一些隧道,現(xiàn)在已被雨季的雨水積滿。

萊德曼一生熱衷科學(xué)教育事業(yè)。
在給諾貝爾委員會寫的自述中,他自豪地說:“我培養(yǎng)了50個博士,其中14人為物理學(xué)教授,1人為大學(xué)校長,其余基本都是在國家實(shí)驗(yàn)室、政府、各行業(yè)工作的物理學(xué)家。就我所知,一個在監(jiān)獄的也沒有!”


從費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室主任的位置退下來后,萊德曼來到芝加哥大學(xué)。在這里,他專門給非科學(xué)專業(yè)的學(xué)生開設(shè)了一門量子物理通識課,他管他這門課叫“給詩人的量子物理課”。
他常說,量子物理所創(chuàng)造的價值占到一個發(fā)達(dá)國家GDP一半以上。他希望更多的人認(rèn)識這門學(xué)科,包括那些不喜歡數(shù)學(xué)公式的文科生。
要把量子物理講得大家都能聽懂,這并不是一件容易的事。但萊德曼仍有信心,他甚至援引自己母親的例子:
就像很多年前我的媽媽報(bào)名參加一個社區(qū)大學(xué)夜間的普通物理課程一樣。她從來沒有完成過高中學(xué)業(yè),現(xiàn)在年紀(jì)大了卻做得出乎意料地好,事實(shí)上已經(jīng)通過兩次考試了。
一天,當(dāng)她被叫起來后,老師問:“我在《紐約時報(bào)》上讀到一些關(guān)于諾貝爾物理學(xué)獎得主利昂·萊德曼的事。你和他有關(guān)系嗎?”
“他是我的兒子!”媽媽驕傲地說。
“噢,難怪你在物理上這么出色!”
“不,”媽媽回答,“應(yīng)該是難怪他這么出色!”


萊德曼早年曾和朋友拜訪過愛因斯坦,直至晚年,萊德曼依然對這次簡短的談話印象極深:
“他問我朋友,你是做什么的?朋友說在寫關(guān)于量子理論的論文。
愛因斯坦聳了聳肩,說了一些我們并不太驚訝的話,因?yàn)樗麑α孔永碚摰姆磳κ潜娝苤摹?br>愛因斯坦笑著說,你是在浪費(fèi)時間。接著他又問我在做什么。
我向他解釋,我們有一個加速器,我們正在試圖理解新的粒子的性質(zhì)。
他揮揮手說,我們連電子都不理解,為什么還要研究其他粒子呢?”
有意思的是,萊德曼晚年也正在關(guān)注這兩個領(lǐng)域,他的兩部最著名的科普書《上帝粒子》和《萊德曼量子物理通識講義》所探討的正是這些。

阿爾茨海默病,又稱“老年癡呆”,它甚至?xí)疑鲜澜缟献盥斆鞯娜恕?br>2015年,萊德曼不幸身患阿爾茨海默病。為了支付他高額的醫(yī)療費(fèi)用,他的諾貝爾金質(zhì)獎?wù)卤灰?6.5萬美元出售。
到那時,他已經(jīng)忘記了他作為費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室主任的歲月,或者他為贏得這個獎項(xiàng)所做的事情。更不會記得,當(dāng)年獲獎時,被問及是否可以拍攝他的照片,他所說的那句話:“當(dāng)然。這只是光子。”
“我沒有任何真實(shí)的故事可以講述,”他告訴拜訪他的人,“我坐在甲板上,看著群山?!?br>2018年10月3日,利昂·萊德曼辭世,享年96歲。

原文鏈接:
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文:未讀編輯:慕一
注:本文轉(zhuǎn)載自“中科院物理所”,不代表量子前哨觀點(diǎn)。