人类对科学世界的探索是永无止境的。我们肉眼所不能见到的基本粒子世界是什么样的？这个问题不止物理学家感兴趣，相信其他领域的人也曾思考过。本书以“希格斯粒子的发现”故事为开端，用通俗易懂的文字讲述了希格斯粒子的发现之旅，带我们寻着物理学家的研究脚步，畅游基本粒子物理世界。通过本书，我们不仅可以了解物理学家的思考方法，还可以追溯形成宇宙的基本粒子和它产生的物质世界。请翻开本书，一起感受物理学的迷人之处吧！

海因茨·霍利斯
从物理教师转为科学记者。曾担任一家德国科学杂志的主编，于1990年加入矢泽科学事务所（欧洲），采访过多位诺贝尔奖得主和其他著名科学家。

前言
序章 希格斯粒子真的被发现了吗？
不确定的“发现”
那是5σ现象
地球被迷你黑洞吞噬？
建造巨型加速器的大工程
“上帝粒子”和“标准模型”
南部阳一郎的“对称性破缺”
美国和欧洲的巨型加速器计划
LHC的孤军奋战
第1章 什么是希格斯粒子？
在希格斯粒子中漫步的撒切尔首相？
希格斯粒子的不同面孔
扩展到空间的“场”是什么？
专栏 颜色（色）与量子色动力学
通过希格斯粒子来发现希格斯场
对称性与对称性破缺
对称性是如何被“打破”的？
对称性是物理学的“瘟神”
名为“粒子动物园”的潘多拉魔盒
“标准模型”的精髓
美丽的理论和不美丽的实验结果
希格斯场是“物理学的卫生间”
专栏 解释希格斯粒子的方法
第2章 如何发现希格斯粒子？
剧烈摇动的希格斯场
粒子加速器的作用
美苏两国的大型加速器之争
正面对撞型加速器的构想
为探索希格斯粒子而建造的巨型机器
疑似希格斯粒子的出现
世界大的SSC被中止建造
质子间数万亿次的碰撞
专栏 将能量集中的方法
专栏 物理学家追求“5σ”的理由
发现希格斯粒子的计算方法
希格斯粒子还是不存在的好？
第3章 从“汤川粒子”到“希格斯粒子”之路
新粒子的发现
先驱汤川秀树的“介子”
时代可提供的能源水平
汤川粒子是π介子
打破对称性的男人——南部阳一郎
南部阳一郎从超导理论中得到的启示
南部阳一郎的诺贝尔奖
人们终于接近希格斯粒子
南部给希格斯的建议
海森堡舍弃的论文
诺贝尔奖委员会的艰难选择
第4章 参观世界上大的加速器LHC
日本也出资50亿日元
避免“极其困难的工作”
黑洞将会吞噬世界？
刚开始运转就出现故障
1年消耗1粒米重的氢
日本研究团队也参加了实验
第5章 超越希格斯粒子
还不到预想数据的
恐怖的“宇宙暗黑面”
暗物质和暗能量
“超对称”理论
光子和超光子
更进一步的疑问
对“额外维度”的期望
专栏 希格斯粒子的作用
第6章 基本粒子物理和宇宙论的表里一致
宇宙暴胀
辐射支配的宇宙
宇宙初的三分钟
宇宙“放晴”的时代
仍然无法解决的谜团
第7章 未解决的问题
基本粒子物理和宇宙论间的障碍
大统一理论和对称性自发破缺
大统一理论追寻质子的衰变
为什么暗物质会成为问题？
从中微子到弱相互作用大质量粒子
附录 关于基本粒子术语的通俗读物式解说

本书以希格斯粒子为关
键词，带我们畅游肉眼所不
能见到的基本粒子世界；同
时也带我们快速了解了一生
致力于探索基本粒子奇妙世
界的物理学家的自然观和思
考方法。
“希格斯粒子是赋予物质
质量的粒子”——我想现今
社会上有些人看到过这样的
说法，抑或在脑海中留有印
象。为何这些乍一看不明其
意、无法让人理解的词语和
概念会在社会上被突然普及
呢？
2012年7月4日，世界各
大媒体在头版头条争相对希
格斯粒子的发现进行报道，
这一概念迅速普及的契机就
在于此。甚至，平时对基础
科学、基本粒子物理等领域
几乎不感兴趣的普通媒体也
干脆以大标题争相进行了报
道。
这些报道无疑给人们留
下了深刻的印象。大家总算
都觉得希格斯粒子似乎具有
相当重要的意义了。尽管这
样，这些文章听起来确实让
人觉得有些杂学意味或者带
有些许可笑凑热闹的成分。
为了寻找这种几乎无人
知晓、未曾见过的希格斯粒
子，到目前为止，各国已经
累计投入了相当于数千亿日
元的资金。如果把前一阶段
的费用也算在内的话，那么
已经有几万亿日元了。将来
在寻找这个粒子上投入的费
用应该会更高。这样的结果
我想无论是谁，都会想先去
了解了解希格斯粒子是什么
吧，哪怕仅仅是一个概要。
巨额投入已经成为科学
研究中难以忽视的问题。本
书卷首的章节中，向希格斯
粒子计划捐赠巨款的英国科
学大臣对研究人员说： “我
完全不知道希格斯粒子是什
么”，并强迫他们提交一份
必须在一页纸内、用谁都能
理解的语言做出的说明。
出于同样的原因，20世
纪90年代，在美国得克萨斯
卅l的沙漠中进行的超大规
模希格斯粒子探索项目(超
导超级对撞机，SSC)被迫
叫停。从联邦预算中支出高
达约2万亿日元的建设费，
本来就受到强烈批判。正好
那时，在美国的笔者要到得
克萨斯州现场采访，对这个
消息感到无比震惊和失望。
为什么要投入巨额经费
去寻找那些肉眼看不见、闻
不着、吃不到的粒子呢？抱
有这样疑问的人当然多少会
想要知道这些粒子到底是什
么。
为此，本书首先从“希格
斯粒子的发现”相关报道背
后的一些纪实故事开始说起
。通过这些故事让我们来看
科学家以及科学记者都在关
注什么，期待什么，或者不
期待什么。他们所关注和期
待的，与巨额经费这种现实
的需求，以及为他们提供全
部研究经费支持的一般社会
关系是怎样的。让我们同时
去感受这些理由和背景。
我想以希格斯粒子为契
机，稍微详细地去追溯形成
这个宇宙的基本粒子和它产
生的物质世界。因为如果不
能纵览全局，那么希格斯粒
子，其他所有的基本粒子和
它们所组成的原子和分子，
以及构成我们身边一切要素
的物质和宇宙起源都是看不
到的。
顺便说一下，这个领域
的科学家，包括理论物理学
家、基本粒子物理学家和实
验物理学家之中，有很多诺
贝尔物理学奖获得者，他们
多次在科学史上留下了光辉
的业绩。其中日本的获奖者
也不少，像汤川秀树、朝永
振一郎、小柴昌俊、小林诚
和益川敏英等人。此外，南
部阳一郎虽然是美国国籍，
但也必须加在其中。
从希格斯粒子发现的历
史来看，我们会发现这些日
本人有很多都对希格斯粒子
的发现做出了非常重要的贡
献。
另外，笔者的团队曾对
本书中提到的两位诺贝尔奖
获得者进行了当面采访。他
们给基本粒子物理史锦上添
花，做出了突出的贡献。他
们分别是完成夸克理论的默
里·盖尔曼和电弱统一理论
的代表史蒂文·温伯格。我
们曾到盖尔曼在新墨西哥州
的家里拜访，也曾在一个炎
热的夏日在得克萨斯大学的
办公室里与温伯格见面。更
有美国著名的加速器研究所
的科学家带我参观了他们的
研究现场。他们的名字我就
不一一列举了。我至今对他
们怀有敬意和亲近感。
希格斯粒子和基本粒子
物理的世界就是由这些人建
立起来的。对于这个充满迷
人色彩、不可思议的，且至
今仍未完成的奇妙世界，如
果本书能起到一些向导作用
的话，那将给笔者以莫大的
喜悦。
本书在软银创意(SB
Creative Corp．)科学书籍
部益田贤治主编的推荐和支
持下得以出版。在此深深感
谢益田主编。同时也感谢身
在德国，同时承担本书合著
的海因茨·霍利斯，以及进
行内容检查和图片收集的矢
泽科学事务所的新海裕美子
和曾根早苗。本书难免有失
误和翻译错误等，这些责任
全部归于作者，特此附记。
矢泽洁