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对发现“上帝粒子”意义的宣传完全言过其实（专题一）

已有 2076 次阅读2012-10-1 05:38 |个人分类:现代物理探索|系统分类:科技教育分享到微信

——就希格斯玻色子致全球知识界的公开信(一)

作者苟文俭

7月初，FNAL(美国费米国家加速器实验室)和CERN(欧洲核子研究中心)都宣布发现了被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子。随后有大量的跟进报道及相关的科普介绍，其中许多对发现“上帝粒子”的意义都做了完全言过其实的宣染，对此作者特别撰写了六篇系列公开信，尽可能从专业的角度，使用知识界都容易读懂的文字，诚实地陈述所有相关事实真象，以供读者理性化思考之参考。

（一）

希格斯玻色子记为H粒子，它是满足标准模型演绎需要的一个基本粒子。标准模型是粒子物理学标准模型的简称，本系列公开信都用它的英文缩写“SM”表示。

上世纪30年代，英国理论物理学家狭拉克(Dirac.P.A.M.)等人创建了带电粒子参与电磁作用的QED(量子电动力学)。SM是以QED为模板，第－性原理是对体系能量的拉格朗日量做规范对称变换，具有统一的规范对称观念，包括了用 SU(2)×U(1)群的定域破缺对称表述的电弱统一理论、用SU(3)群的色对称表述强作用的QCD(量子色动力学)、以及用幺模幺正群SU(3)×SU(2)×U(1)直积等方式，表述强、弱、电作用的大统一理论。

CERN是在LHC(大型强子对撞机)的上千万亿次强子对撞事例中，观察到了几百个能量均集中在125至126Gev之间的粒子共生现象，FNAL是在Tevatron(万亿电子伏特加速器)的数百万亿次正、反质子对撞中，观察到了数十个能量范围在118至132Gev之间的粒子共生现象，由于具有玻色子衰变特征，被认为这可能就是“上帝粒子”。

所谓粒子共生现象，是指高能粒子对撞中同时产生的两个或多个粒子（包括光子），它们的总能量取值相同。粒子物理学中，粒子质量一般用能量单位“电子伏特”表示，“Gev”指10^9电子伏特，本系列公开信用到的“Mev”是10^6电子伏特。对上述实验发现的新粒子记为X粒子，它到底是什么将在本公开信系列《（六）》中具体论述。

（二）

在有关发现H粒子的报道及科普介绍中，绝大多数文章都说：在SM预言的62种基本粒子中，61种都已被实验证实，只有唯一的H粒子还未被证实。事实绝非如此。

SM预言62种基本粒子的真象是：在QCD及电弱统一理论的矩阵运算中需要有61个独立的粒子单元，在与相互作用联系时就视为是61种基本粒子：其中有12种正、反轻子，36种正、反夸克，8种传递强作用的胶子，一种传递电磁作用的光子，三种传递弱作用的中间矢量玻色子W^±及Z^0，及赋予粒子质量的H粒子。另外还有一种是传递引力作用的引力子，它与SM无关，是超引力量子理论的假设（符号“^”表示上标）。

以电弱统一理论在演绎中使用的基本粒子为例：(1)12种轻子及光子，都是在已被实验证实了以后，理论才在演绎中使用了它们；(2)对 W^±及Z^0的质量，是在实验测量了温伯格角θˇw以后，理论才计算出了与实验测量值保持一致的结果，因此说电弱统一理论计算的W^±及Z^0质量与实验值一致，实际只不过是一个实验对另一个实验的验证。对电弱统一理论自身演绎使用的所有16种粒子，理论事先并没有得到过能够由实验证实的任何预言（符号“ˇ”表示下标）。

与电弱统一理论－样，上述61种基本粒子也都只是SM在演绎中使用了它们，而理论事先也都没有得到过能够由实验证实的任何预言。

（三）

参与强作用的粒子称为强子，它有重子与介子这两大类。从上世纪创建SM的探索开始，几乎所有对强子对称性的理论分析都得到了很好的实验验证。

1、1956年，日本的坂田昌一(Sakata Shyoichi)认为，所有强子均由质子p、中子n及Λ重子等三个基础粒子组成，创建了并不正确的坂田模型，但他在用SU(3)对称性分析介子时，预言了还有两种新的中性介子，不久便在实验中相继发现，记为η和η′。

2、1961年，美国的盖尔曼(M. GellMann)与日本的大久保(S.Okubo)共同得到的SU(3)多重态重子之间的质量公式，以及后来盖尔曼在讨论重子十重态中，预言的Ξ^*-、Ξ^*0和Ω^-等三种重子，以后也都相继被实验证实。

3、1964年，盖尔曼在对坂田模型的分析中发现，组成强子的三个基础粒子带有分数电荷，并非是p、n及Λ；他对这种奇怪的基础粒子取名为“夸克”，创建了夸克模型。后来，主要依据夸克与轻子参与弱作用的对称性，粒子物理学家们又预言了第四种c夸克、第五种b夸克及第六种t夸克。从1974年到1994年，实验先后观察到了满足理论这种对称性表述所需要的相关粒子，于是就认为实验证实了c、b、t夸克。特别注意：这并不是直接观察到了c、b、t夸克，而是证实了理论对粒子对称性的唯象分析。

在粒子物理学领域，说夸克与胶子被实验证实，一般是指如下这两个事实：

1、1968年，在用高能电子撞击质子的深度非弹性碰撞中，发现了电子有大角度散射，这意味着质子内部有点状硬结构；粒子理论家认为这就是质子内部有带电夸克的证据。

2、1979年，在正、负高能电子对撞实验中发现了强子三喷注，粒子理论家们认为：一对主要强子喷注就形成于一对正、反夸克，一个次要强子喷注就形成于某个夸克发射的一个硬胶子；强子三喷注也就是夸克、胶子的实验证据。

对上述实验1：开初，理论家们依照质子组成于夸克的所有计算，都与电子大角度散射的实验数据完全不符。后来，美国的费曼（R.Feynman）把每个夸克与设想中它周围的大量正、反海夸克统称为“部分子”，认为质子内的每一个部分子都“冻结”在了自己的位置上，电子也是点结构粒子，由此的计算才与实验数据相符。显然，高能条件下“冻结”的部分子、与QCD的强作用渐近自由的“点”夸克完全相悖。费曼计算的假想前提，就直接否定了QCD最重要的核心内容，即高能条件下的强作用渐近自由。

粒子理论家们认为上述实验2的胶子喷注，就形成于硬胶子破裂成的一组正、反夸克（胶子物化）。对这种解释数量化的通常做法是：根据高能粒子的质心系能量及各喷注能量的分布，使用基于“随机数”的蒙特卡洛(Monte Carlo)方法、来获得喷注形成时夸克与胶子到底怎样分布。在这种分析中，不论是对喷注事件样本的选择，还是喷注动力学特征的模拟，QCD自身并不能给出任何有关的初始约束，而都是依照QCD的既定目标做人为假设，如此正、反夸克及硬胶子具体怎么分布，对三喷注做不同的动力学模拟就会有不同结果，得到的都只是一些可能性。因此，说喷注产生于夸克与胶子，实际并没有数量化的确凿证据，仍然只是理论家们的想象。

对36种带分数电荷的夸克及8种胶子，QCD禁止它们单独存在。事际上，粒子领域是否有这44种基本粒子，从来就没有确信无疑的实验证据；它们连同引力子，占62种基本粒子的三分之二，都还只是QCD及超引力量子理论在形式化表述中使用的一组数学符号。

事实非常清楚：说SM预言了62种基本粒子，其中的61个都已被实验证实，没有尊重最起码的基本事实，完全言过其实。

（四）

相关报道及科普介绍几乎都欢呼说：H粒子的发现，不仅使人类可以弄清宇宙质量是怎么形成的，也实现了对SM的最后验证，物理学将会因此迎来重大突破。

对粒子参与作用的实际存在，就称是粒子的动力学存在，当代对其描述的主流与时尚即是SM。人们都认为：规范对称变换不仅给出了SM简洁优美的形式化表述，它也还有与实验数据相符的定量计算。但事实上：对粒子动力学量的所有计算，SM都只能是近似的微扰处理，都有不可避免的无穷大，都只能通过人为的重新定义(即重整化)来消除，也还要引入众多自由参数；对所有实际的具体问题，也都只能象费曼“冻结”的部分子模型那样，要根据实验测量选择特定的计算模型，都要使用实验测量结果做人为假设，而不是从该问题自身的初始条件出发，由SM计算出与实际相符的结果。即对具体的计算问题，SM总是让人为的计算服从实验结果，从来都不是理论自身的计算预言了实验结果。

考察从SM得到实验验证的所有结果，包括对实验数据的处理分析，它们都源自对粒子动力学存在对称性的唯象分析。因此对这种唯象分析，就称是SM成功的一面；但这些唯象分析到底根源自粒子什么样的实际存在，SM却是一无所知。这又证明：SM成功一面的唯象分析，只是一种对粒子动力学存在对称性的等效描述。

真正了解SM的学者都清楚如下的事实：

1、对粒子参与强、弱作用的动力学存在，如果完全从规范对称变换的第一性原理出发，对任何实际问题都绝不可能做有确定结果的定量计算，并不具有计算的有效性；对诸如参与强作用的夸克与胶子该如何分布等等这些非微扰问题，更是一筹莫展。

2、大多数粒子物理家也都普遍认为：SM并非是完全正确的最后理论。这方面，本公开信系列《（二）》的论证结论是：SM具有非实在性的丑陋本质。

3、对粒子质量及宇宙质量的形成，希格斯机制早在43年前就已经做出了唯象解释，如果把X粒子视为H粒子，SM需要的22个自由参数仍然不能由理论本身确定，仍然不能对希格斯机制做完全有效的数量化表述，SM非实在性的丑陋本质依然存在。

另外，依照希格斯机制(Higgs mechanism)的论述，粒子质量直接形成于希格斯场，H粒子在形成粒子质量的希格斯机制中相伴出现的，它并不直接赋予其他粒子质量。

上述事实必然的逻辑结论是：说发现了H粒子就弄清了宇宙质量是怎样形成的，是对SM正确性的最后验证，将会迎来物理学的重大突破，都是完全不能成立的伪命题，这都只不过是当今人们对发展理论物理学的美好向往与一厢情愿。

（五）

在物理学的历史上：由于当时拉瓦锡(Lavoisier.A.L）、拉普拉斯(Laplace.P.S)等权威科学家支持了与热现象表象相符的“热质说”，一直到18世纪它都还是物理学的主流与时尚。对真空的“以太说”，由于满足了光波传播的需要，受牛顿（I.Newton）等物理学权威赞赏，直到19世纪末也都还是物理学的主流与时尚。