宇宙是什么

22. 右撇子与“对称性自发破缺”

  右撇子的人多，或许是因为我们会自主地打破对称性。这一观点的源头是南部阳一郎（与小林诚、益川敏英二人同年获得诺贝尔物理学奖）提出的“对称性自发破缺”。对于这个获得诺贝尔物理学奖的理论，相信大部分人的感觉是：“啊，还有这种理论？”

  例如，铁块中是不存在“上下左右”这些方向的。但是，当铁块变成磁铁时，电子就会拥有某个特定的方向。把铁块冷却，铁原子会在其电子自旋的统一方向上会获得能量，所以铁块能变成磁铁。电子自旋的统一方向应该可以是任意方向（即有对称性），但不知为何这种自旋却总是会朝向同一个方向。这就是对称性自发破缺所导致的。

  南部阳一郎认为，自然界中存在很多这样的现象，而且这种现象并非只存在于基本粒子的世界里。例如，右撇子的人比左撇子的人多，其原因可能就不是宇称对称性破缺，而是对称性自发破缺。人类的惯用手应该是“左右都可以的”，但是在某种趋势下，使用右手的人稍微多了起来，随着这种习惯的世代遗传，右撇子发展为有具有压倒性优势的多数派。

  再看一个离我们生活更近的例子。大家在晾衣服时，是否会在无意间把衣服晾成同一方向呢？其实，我发现自己就会这样晾衣服。衣服朝哪个方向晾都可以，自己却主动打破了对称性。这并不是我的特别癖好（笑），而是宇宙中的常见之事。

  南部阳一郎在1961年发表的论文中指出，所有基本粒子最初的质量都为零。它们的对称性在某种趋势下碰巧被打破，才拥有了特定的质量。以这一构想为基础，英国的理论物理学家希格斯从理论上预测了基本粒子获得质量的机制（希格斯机制）。从此以后，寻找希格斯玻色子便成了基本粒子物理学的一大课题。

  研究者在实验室中能够制造出与希格斯玻色子相似的东西。在被称为“量子液体”的原子聚集物中，将大量的原子冷却至比绝对零度仅高10^-9摄氏度的程度，就能制造出类似于希格斯玻色子的东西。

  但是，遍布宇宙的希格斯玻色子，可能是由不同于原子的东西构成的。如果将实验室的做法反过来，即去加热宇宙的话，那么宇宙中的希格斯玻色子就会被分解，我们也就能知道到它是由什么构成的了。不过，这是无法实现的。

  那么，怎样才能检测出希格斯玻色子呢？答案依然是使用粒子加速器。因为希格斯玻色子是充斥于宇宙各个角落的物质，所以只要向加速器内注入足够高的能量，就应该可以检测出构成希格斯玻色子的基本粒子。

  寻找希格斯玻色子的实验也在全世界的范围内掀起了激烈的竞争。相信不久以后，媒体上就会出现“发现希格斯玻色子”的爆炸性新闻。等到那时，相信大家也会感慨这一发现的意义：“啊，这样标准模型就完成了。”