南部加法規則：希格斯粒子、NJL 模型、超流體氦與BCS超導體（下）
蕭維翰
連結：南部加法規則：希格斯粒子、NJL 模型、超流體氦與BCS超導體（上）
南部陽一郎（なんぶよういちろう）在研究 BCS 、NJL、與費米超流氦的質量光譜後，提出了模型中費米子質量與玻色子質量應該滿足的關係，這就是南部的加法規則。
在上文中我們花了一些篇幅複習關於超導體與希格斯物理的一些歷史，闡述了粒子物理學家南部陽一郎為何投入超導體問題的研究，並如何利用他在過程中所掌握的精髓反饋到核物理的研究，以超導體 BCS 模型為原型，提出 Nambu-Jona-Lasinio （NJL）模型。
南部加法規則：希格斯粒子、NJL 模型、超流體氦與BCS超導體（上）
蕭維翰
超導體與粒子物理間典範借用的故事一直為人所津津樂道，這次我們就來談談在當初主線歷史外的一個支線任務。
當初在大強子對撞機捕獲希格斯粒子的候選事件。 photo credit: wikipedia
大抵是太多高能物理學家們的辦公室門口仍舊貼著大強子對撞機在 125 GeV 偵測到的漣漪，削弱了筆者對時間的敏感。今日提筆才驚覺那已是 6 年前的事件。我猜關於希格斯粒子的「世俗面向」的來世今生，已經透過各種科普文獻，而廣為讀者所知。筆者同時也估計， BCS 超導體的故事，甚至物理機制，也或多或少在科普講座被宣傳給世人。
【2013 CMS Week】Hitoshi Murayama (村山齊教授)，暢談「神之粒子」征服全場！
國立臺灣大學物理學系三年級 朱書寬
2013 CMS Week 9月9日正式在集思臺大會議中心登場，本年度特邀請到Hitoshi Murayama (村山齊)教授帶來精采科普演講，大師魅力征服全場。
「宇宙由什麼組成的？」
「宇宙有個起點嗎?」
「宇宙最終會結束嗎?」
「我們從哪裡來？」
【與大師有約科普講座】神之粒子, 然後呢?
2013 CMS Week 即將在9月9日至9月13日於集思臺大會議中心登場囉! 特別的是，本年度將於9月10日特邀請到Hitoshi Murayama (村山齊)教授帶來科普演講。在「希格斯粒子」發現屆滿一週年後，是高能物理的結束，還是一個新紀元的開始？日本倡議興建新一代「國際線型對撞機」又將可能帶來什麼新發現？這場您絕對不能錯過的大師級講座，除可一睹大師風采，現場亦同時邀請臺大物理系陳凱風副教授擔任譯者，精采內容絕對可期，僅此一場，名額有限，加快你的腳步報名吧！
村山齊 教授
【演講資訊】
1. 演講日期：102年9月10日（週二）
2. 演講時間：15：30~17:30
3. 演講地點：臺大集思台大會議中心–國際會議廳
4. 演講者：Hitoshi Murayama (村山齊教授)
5. 演講題目：「神之粒子, 然後呢?」“God Particle, then What?”
6. 活動報名網址：http://case.ntu.edu.tw/register/
7. 相關活動資訊：http://hep1.phys.ntu.edu.tw/cmsweek2013/
8. 活動連繫人：臺大科學教育發展中心 (02)3366-1714，陳小姐。
【演講簡介】
神之粒子 (希格斯粒子) 發現已屆滿週年，其性質在過去這一年也得到了進一步的確認。但這是高能物理的結束，還是一個新紀元的開始？希格斯粒子是前所未見的所謂純量粒子，質量這麼輕，卻又肩負宇宙初始質量產生的大任。不要說它的出現帶出無數我們想了解的問題，而且不論對粒子物理或宇宙學都將提供進一步的啟發。為此，除了繼續推動大強子對撞機的研究外，目前最受矚目的，乃是日本倡議興建新一代「國際線型對撞機」 (正子、電子對撞)，獲得國際支持。
希格斯粒子發現1周年
國立臺灣大學物理學系高涌泉教授
歐洲核子研究組織（CERN）的兩個實驗團隊宣布他們在位於瑞士日內瓦的大強子對撞機（LHC）所產生的高能質子對撞中，發現了一個性質接近大家期待已久的希格斯粒子(圖片來源：flickr用戶Image Editor)
2012年7月4日，歐洲核子研究組織的兩個實驗團隊—超導環場探測器（ATLAS）與緊緻緲子螺管偵測器（CMS）—宣布他們在位於瑞士日內瓦的大強子對撞機（LHC）所產生的高能質子對撞中，發現了一個質量約125GeV的嶄新基本粒子。初步的結果顯示這個粒子的性質接近大家期待已久的希格斯粒子，這是基本粒子標準模型中之前唯一剩下尚未現身的粒子，所以這當然是一個極重要的發現，CERN的希格斯粒子發表會也因此特別邀請當年提出希格斯機制的理論物理學家希格斯（Peter Higgs）、翁勒（Francois Englert）等人出席見證這個歷史性時刻。
不過儘管ATLAS與CMS所發現的粒子看似希格斯粒子，他們2012年在宣布之時所掌握的數據尚不足以確定這就是標準模型中的希格斯粒子，所以許多人還很謹慎地只稱呼這個粒子是「類希格斯粒子」。粒子物理學家其實期盼最好這個粒子不全然就是標準模型預測的希格斯粒子，因為若是如此，他們就無從找到超越標準模型的線索。
從2012年那令人激動的宣布至今已有1年，那麼對於這個「類希格斯粒子」是否真是希格斯粒子的問題，有無進一步的消息？2013年3月ATLAS與CMS提供了他們最新的分析，答案是「類希格斯粒子」越來越像是正宗的希格斯粒子。2004年因發現強交互作用的「漸進自由」性質而得到諾貝爾物理獎的得主─麻省理工學院（MIT）物理教授威爾切克（Frank Wilczek），特地為《自然》期刊寫了一篇文章，標題為〈最簡理論的勝利〉，來報導這件事。威爾切克所謂的最簡理論指的就是一般人所說的標準模型理論，因為在標準模型中我們只用上了單一個純量場，是利用「希格斯機制」的最簡便辦法。原則上我們可以用更多的純量場—也就是更多的希格斯場—來實現希格斯機制，如此一來就會有1個以上的希格斯粒子，但是實驗並不支持這樣更複雜的狀況。另外我們也可以假設希格斯粒子是由更小的粒子所組成的，這些粒子之間有更複雜的新類型交互作用，或者是假設宇宙還有更多的維度等更奇特的模型，可是這些當初曾被人賦予眾望的模型通過實驗檢驗的機率看來是越來越低。
在2012年的數據中，希格斯粒子衰變成2個光子的機率似乎比標準模型的預測來得高，但是最新的分析卻顯示實驗數據與理論值的差距縮小了，讓許多寄望於從這個雙光子衰變模式發現標準模型出錯之處的人有些失望。當然，目前的數據還無法百分之百肯定標準模型，但是以2013年的數據來看，希格斯粒子與其他粒子（夸克、輕子、W粒子、Z粒子）的交互作用強度，大致都與標準模型的預期相符。萬伯格（Steven Weinberg）與沙朗（Abdus Salam）於1967、68年提出的最簡模型竟然能通過層層考驗，至今屹立不搖，這實在令人驚訝，若沒有大強子對撞機，我們就學不到這非常重要的事。
上帝粒子之後的夢
知識通訊評論第120期
2012年7月，物理學家宣布發現希格斯粒子的可能證據之後，高能實驗物理有提出建造下一個加速器的提案。但是科學家心知肚明，目前全球經濟困窘，只為科學發現投入過多的經費，是脫離現實的夢想，而根據過去歷史經驗，許多大科學計畫，也莫不是政治現實裡的產物。
世界各地的粒子物理學家在2012年7月5日清晨醒轉，腦中對摻雜著喜悅、淚水、如釋重負的場景，記憶猶新，心中同時則另有一個巨大的問號。猶新的記憶是前—天的慶祝活動，研究人員宣布，他們終於從「大強子對撞機」（LHC）得到的數據，發現一個新粒子，與科學家尋覓多時的希格斯玻色子極其相似。「大強子對撞機」設於瑞士日內瓦近郊的「歐洲粒子物理研究中心」（CERN）。巨大的問號則將重新定義粒子物理學這門學科的未來。這個粒子，是否就是希格斯玻色子的一個最簡形式，一如粒子物理學有40年歷史的標準模型所預測？又或者這是更複雜、有趣的發展，將發展出更深入、更完整的一套理論？
物理學家希望，在未來幾年大強子對撞機就能解開他們的心中迷惑。但是他們同時鼓起如簧之舌，遊說再造一個新機器，來取代。這個「希格斯工廠」的新機器，將提供比大強子對撞機更為精確的測量數據。
「國際直線對撞機」（ILC）是繼大強子對撞機之後讓科學家們寄予厚望的候選大機器之一。
帕沙迪納「加州理工學院」物理學家巴瑞許（Barry Barish）說，「我們知道標準模型外，肯定另有新物理。」他和許多物理學家都肯定認為，原因是既有的若干現象，無法套入標準模型中來解釋，例如疑似占宇宙質量密度四分之一，具有隱形架構的「暗物質」，以及名為中微子的粒子從一種形式「振盪」到另一種的能力。巴瑞許是設計「國際直線對撞機」（ILC）一個全球組織體的負責人。ILC是大強子對撞機之後的候選大機器之一。即使沒人知道新物理學會是什麼，巴瑞許說，「我們的策略是，為事情的發生事先作好準備。」
打開盒子－通往希格斯粒子之路
國立臺灣大學物理學系 蕭維翰
2012年7月4日下午，尋常台北溽暑，對地球上某個族群卻意義非凡。我躲在檯燈下、螢幕前，與全世界關切物理的同好一起收看CERN的記者會，看著126GeV左右的那個峰值、Prof. Higgs泛淚的雙眼──儘管猶有許多未定之數──“I think we have it. Do you agree?’’ 我的一廂情願讓我相信這天一座巍峨的里程碑在物理史上被立起。約兩個禮拜前，我在系館的佈告欄的繁多演講公告中瞥見了 Tonelli教授的頭像，細看其來歷與演講資訊，竟然是關於 Higgs(-like) Boson 的演說！過兩天，擔任系學會副會長的同學詢問我擔任此活動側寫人員的意願，尋不著理由拒絕的我一口答應下來──此即本文的前世因緣了。本文不涉及過分深入的物理內容，如標準模型（Standard model）組成、希格斯機制（Higgs mechanism）的細節等；而著重從側面描繪整個演講活動的進行，記錄非物理、物理本科的聽眾與Tonelli教授在演講中的互動，並參考筆者自身成長閱聽的經驗抒發一些感想。
活動前一個小時，自演講廳外走過，廳外已聚集了許多民眾，更有中小學的同學集體前來。開講前演講廳內更擠得水洩不通，連走道上都坐滿了興致勃勃的聽眾，引首企盼講者Tonelli教授的到來。時辰一到，演說便隨著Tonelli教授的簡報展開，條目的安排十分有邏輯：首先簡介我們尋找Higgs Boson的動機，從質量在物理學中扮演的角色、標準模型描述的世界、電弱作用的統一、標準模型中質量產生的機制（Spontaneous Symmetry Breaking and Higgs Mechanism）、我們所知的世界與我們所知的有限（Tonelli教授笑稱他甚至無法跟他孫女解釋我們周遭環境內究竟有什麼），緊接的是大強子對撞機（LHC）的簡介，包括地景及兩個大型實驗團隊CMS與ATLAS的位置、設施、偵測器的基本想法與工作人員等，以及我們寄予它的期待──一部強力的顯微鏡與強力的望遠鏡，帶領吾人探索至小與至遠的宇宙角落。隨後，教授簡略了提出了我們在實驗中主要捕捉的三個衰變過程，並秀出圖表討論實驗結果，清楚地指出透過那些跡象，兩個實驗團隊得以做出發現新粒子的結論。最後，提點了一些未來的可能性，若此粒子真是眾所期待的Higgs則如何，若不是又如何；也鼓勵台下的我們，他口中下一個世代的物理學家，一同投入他們的探索歷險。
主講人 Guido Tonelli 教授 (Pisa大學; CMS 實驗 2010-2011 發言人)
Tonelli教授對於時間的掌握十分精準，因而我們有十分充裕的Q&A時間。相較於專業的研討會，科普演講的問答時間，就我看來，是格外有趣的：從一般聽眾的提問，我們可以窺知普羅大眾對於該議題的大概想像，以及他們的期待。儘管有時候問得並不精確或甚至荒誕，但對於專業人士也不失為是一個新的可能視角的開闢，同時也可以估計哪一類議題的科普讀物吸引了民眾的目光；另一方面，如何不涉及艱澀的數學術語而又能盡量精確的將物理圖像傳達給聽眾也讓我們檢視講者對於整個問題的體會。長達一個多小時的開放問答，問題大多集中在幾類：
（1） 牽涉到比較專精的量子場論知識。追溯筆者自身經驗，高中時在成大聽講知道對稱性破缺的概念時幾乎不能想像，因為中小學對於「對稱」的使用幾乎侷限於圖形的鏡像與點對稱；直到進入物理系才知道對稱可以指稱系統任何的不變性質，
魏特曼：我希望希格斯粒子不存在
知識通訊評論第121期
科學家在2012年7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。
魏特曼
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。