环形正负电子对撞机：物理、技术以及现状( 二 ) 作者：靳松娄

标准模型是一个极为成功的理论，它精确地描述、预言以及诠释了粒子物理加速器实验中观测到的几乎所有实验现象。标准模型通过优美的数学结构(规范场)统一描述了自然界中三大基本相互作用力：电磁力、弱力和强力。直至今天，标准模型的发展和验证获得了近三分之一的诺贝尔物理学奖。它不仅是粒子物理学科发展的主旋律，也是人类智慧的一首壮丽史诗。

虽然标准模型取得了巨大成功，它本身却很难被认为是一个终极理论。在对撞机实验之外，标准模型无法解释一系列极为重要、极为基本的自然之谜，比如暗物质、暗能量、真空能、宇宙暴涨及演化、宇宙中物质的正反不对称性等一系列和宇宙演化相关的基本问题。另一方面，标准模型导致了一系列的理论疑难。比如，标准模型中的顶夸克和电子在质量上相差30多万倍，而在标准模型看来，这两者的质量起源是完全一致的——这是很难让人信服的。在标准模型的面纱下，必然隐藏着大自然更深邃、更优美的奥秘[1 ， 2] 。

Higgs粒子是我们进一步理解自然的关键。它同标准模型中的绝大部分理论疑难直接相关。 Higgs粒子是标准模型中唯一的、自旋为0的标量粒子(图1) 。 Higgs场决定了所有粒子的质量。质量是物质最基础的属性之一，因此， Higgs场极大地决定了宇宙的面貌。比如， Higgs场决定了电子的质量，因此确定了原子的尺度；它决定了W、Z粒子的质量，进而决定了弱相互作用的力程和强度。 Higgs粒子同其他粒子的相互作用对宇宙形貌的影响是极为深刻的，它们的微小改动，都可能导致宇宙中无法演化出和我们类似的生命；甚至会导致宇宙本身的不稳定性，乃至决定宇宙最终的宿命。正因如此， Higgs粒子是标准模型中最奇妙、最令人着迷的粒子之一，它被认为是通向标准模型背后更深刻的物理原理的理想探针。所以，当Higgs粒子被发现后，对其性质的精密测量立刻被提上日程。恰如美国普林斯顿高等研究院的著名理论家NimaAkani-Hamed教授所言， “Higgs粒子……是深刻的新原理的预兆，粒子物理学界无疑要和Higgs粒子研究死磕到底”[2] 。