標(biāo)準(zhǔn)模型遇到大問題，楊振寧的偉大要打幾折？

一枚重磅炸彈在物理學(xué)界引爆：W玻色子的質(zhì)量嚴(yán)重偏離標(biāo)準(zhǔn)模型（Standard Model 簡稱SM）的理論預(yù)測，標(biāo)準(zhǔn)模型遇到了重大問題。

標(biāo)準(zhǔn)模型是描述組成物質(zhì)的基本粒子的運(yùn)動及相互之間的電磁力、強(qiáng)相互作用力、弱相互作用力的理論。該理論是量子力學(xué)之后物理學(xué)最輝煌的理論，幾乎所有電磁力、強(qiáng)力、弱力的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都能夠與理論很好地吻合。2012年該理論預(yù)言的最后一個(gè)粒子希格斯粒子被發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著標(biāo)準(zhǔn)模型取得了巨大成功。60年來與標(biāo)準(zhǔn)模型直接、間接相關(guān)的工作已經(jīng)讓幾十位科學(xué)家拿下諾貝爾獎(jiǎng)，標(biāo)準(zhǔn)模型直接主導(dǎo)著最近60年來粒子物理學(xué)甚至整個(gè)物理學(xué)的發(fā)展。

W玻色子是傳遞弱相互作用的粒子，不同于電磁相互作用，弱相互作用力是一種短程力，這就意味著W玻色子具有質(zhì)量。希格斯機(jī)制賦予了粒子質(zhì)量，電弱對稱性破缺后粒子具有了質(zhì)量。在粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型中W玻色子的質(zhì)量與電子的電荷以及很多粒子的質(zhì)量有關(guān)，測量W玻色子的質(zhì)量可以很好地檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)模型。費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室前不久給出了W玻色子的最精確測量，測量結(jié)果比標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)測值高出0.1%。

不要小看測量值只是比理論值高出0.1%，0.1%是嚴(yán)重偏離。物理學(xué)是非常精確的科學(xué)，理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測量在小數(shù)點(diǎn)后十多位還保持吻合是物理學(xué)的家常便飯。一百多年前物理學(xué)的兩朵小小烏云引發(fā)了翻天覆地的變化，相對論、量子力學(xué)兩座物理大廈拔地而起。一個(gè)小小偏差的背后可能隱藏著未知的重大科學(xué)理論，美國《科學(xué)》雜志在發(fā)表W玻色子質(zhì)量測量結(jié)果的那期封面上用一個(gè)W打破了標(biāo)準(zhǔn)模型。

提到標(biāo)準(zhǔn)模型的建立就不得不提楊振寧，他幾乎被公認(rèn)為是當(dāng)今最偉大的物理學(xué)家。他因發(fā)現(xiàn)弱相互作用下宇稱不守恒和李政道一起獲得了1957年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。宇稱不守恒掀開了粒子物理學(xué)的發(fā)展新一頁，但這還不是楊振寧的最重要科學(xué)成就，1954年發(fā)表的楊-米爾斯非阿貝爾規(guī)范場理論才是他的最偉大科學(xué)貢獻(xiàn)。在該理論框架下，弱相互作用、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用很好地統(tǒng)一起來，由此建立起粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型。楊振寧在標(biāo)準(zhǔn)模型的建立中作出了基礎(chǔ)性的貢獻(xiàn)。

如今粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型遇到了重大問題，楊振寧的偉大是否會受到影響？

W玻色子的質(zhì)量還需要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的再次確認(rèn)。本次測量之前對W玻色子的質(zhì)量有過多次測量，之前的測量結(jié)果有比理論預(yù)言值偏大的情況，也有比理論值偏小的情況，但基本在標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)言范圍內(nèi)。最近的這次測量精度雖然高到讓人不得不相信標(biāo)準(zhǔn)模型遇到了大問題，但物理學(xué)家仍在期待重新啟動的歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)對該數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。

另外標(biāo)準(zhǔn)模型已經(jīng)不可能被推翻。標(biāo)準(zhǔn)模型取得了輝煌的成就，它是目前分析物質(zhì)的微觀組成及相互作用的最有效工具，不計(jì)其數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠與理論預(yù)言完美地吻合。標(biāo)準(zhǔn)模型是在摸索中、不斷的修補(bǔ)中逐步建立起來的，再一次遇到問題只能說該理論仍不完美。就好比一座大廈出現(xiàn)了滲水，可能是某個(gè)管道有破裂，可能是某個(gè)地方防水沒有做好，甚至有可能是大廈頂層沒有封頂。但是一座非常有用的大廈，人類絕不會因?yàn)闈B水就把它徹底否定。為標(biāo)準(zhǔn)模型的建立作出卓越貢獻(xiàn)的楊振寧、希格斯等科學(xué)家的偉大不會有折扣。

科學(xué)不怕遇到問題，問題往往是機(jī)遇。在此之前標(biāo)準(zhǔn)模型也有一些沒有解決好的問題，如中微子的質(zhì)量問題，暗物質(zhì)暗能量問題，謬子反常磁矩、引力沒有被納入等。問題相當(dāng)于是線索，更多的問題能夠提供更多的線索。標(biāo)準(zhǔn)模型建立后一些科學(xué)家期望發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)模型之外的粒子以及第五種相互作用力，但一直沒有有效的進(jìn)展。如今W玻色子的質(zhì)量測量值與理論值存在偏差，這或許是新相互作用下新粒子作用導(dǎo)致的，這樣就能夠?yàn)閷ふ业谖宸N相互作用力找到突破口。如果找到了第五種相互作用力，毫無疑問會迎來新的物理。如果第五種相互作用力也能夠納入楊-米爾斯非阿貝爾規(guī)范場理論框架，那會為楊振寧的偉大再次增添光輝一筆。