希格斯玻色子和1970年代粒子物理学标准模型的兴起

保罗·穆塞特（中），当时是Gargamelle合作的代表，于1974年站在同名泡泡室的控制室。Gargamelle在1973年为中性电流的存在提供了第一个直接证据。图片来源：欧洲核子研究中心

在1970年代初，将大质量标量玻色子作为弱和电磁相互作用统一理论模型的基石的想法尚未锚定在一个仍在学习与我们现在所知的粒子物理学标准模型一起生活的领域。随着十年来的各种突破逐渐巩固了这一理论框架，Brout-Englert-Higgs（BEH）场及其玻色子成为解释质量起源的最有希望的理论模型。

在1960年代，关于统一弱相互作用和电磁相互作用理论的Sheldon Glashow，Abdus Salam和Steven Weinberg的论文被引用的次数非常少。然而，在1971年和1972年，当在乌得勒支，Gerard 't Hooft和Martinus Veltman（前CERN工作人员）证明，使用Brout-Englert-Higgs机制为规范玻色子生成质量的规范理论是可重整化的，因此在数学上是一致的，可用于对弱相互作用进行可靠，精确的计算。.这一突破在1972年费米实验室的本杰明·李（Benjamin Lee）在1972年在那里举行的ICHEP会议上的一次有影响力的演讲中得到了广泛的宣传，他在演讲中详细讨论了“希格斯场”。

特别是在CERN理论家Jacques Prentki和Bruno Zumino的鼓励下，Gargamelle合作优先考虑在CERN中微子束中寻找弱中性电流相互作用，他们的代表Paul Musset在1973年7月19日CERN的研讨会上为他们提出了第一个直接证据。这种对电磁和弱相互作用统一的首次实验支持引起了极大的兴趣和密切的审查，但在几个月内就被普遍接受。中性电流的发现使物理学家相信，新生的标准模型正走在正确的轨道上。前CERN总干事Luciano Maiani在2013年CERN Courier的一篇文章中引用他的话说：“在本世纪初，人们通常不相信标准理论，即使理论已经做了一切。中性线电流信号改变了这一点。从那时起，粒子物理学必须测试标准理论。

下一个突破发生在1974年，当时由布鲁克海文的Sam Ting和SLAC的Burt Richter领导的两个在美国工作的实验小组发现了一种窄矢量共振J / psi，其显着衰变成轻子 - 反lepton对。我们提出了许多理论解释，我们在CERN与SLAC的Fred Gilman（比Zoom早了近40年！）在激动人心的午夜研讨会上进行了电话讨论。获胜的解释是，J/psi是魅力夸克及其反夸克的束缚状态。这第四个夸克的存在是由James Bjorken和Sheldon Glashow在1964年提出的，它被用来抑制改变味道的中性弱相互作用是由Glashow，John Iliopoulos和Maiani在1970年提出的。Mary K. Gaillard（欧洲核子研究中心的长期访问科学家）、Jon Rosner和Lee在1974年写了一篇关于魅力现象学的有影响力的论文，实验逐渐与他们的预测一致，最终的确认是在1976年。

然后，大多数理论和实验社区的注意力被吸引到寻找导致弱相互作用的大规模W和Z向量玻色子上。这激发了高能强子对撞机的建造，并导致1983年由Carlo Rubbia领导的团队在CERN发现了W和Z玻色子。

然而，在CERN的Mary K. Gaillard，Dimitri Nanopoulos和我自己看来，关键问题不是大质量弱向量玻色子的存在，而是标量希格斯玻色子的存在，这使得标准模型在物理上是一致的，并且在数学上是可计算的。当时，关于希格斯玻色子现象学的论文数量可以用一只手的手指来计算，因此我们开始详细描述其现象学特征，涵盖广泛的可能质量。在我们考虑的生产机制中，可能产生与Z玻色子相关的希格斯玻色子，这在LEP 2时代引起了相当大的兴趣。在我们计算的希格斯衰变模式中，有一对光子。这个独特的通道特别有趣，因为它是由标准模型中的量子效应（环图）产生的。

尽管我们坚信像希格斯玻色子这样的东西必须存在，但我们的论文以一个有点开玩笑的警告性音符结束：“我们向实验主义者道歉，因为他们不知道希格斯玻色子的质量是多少......并且不确定它与其他粒子的耦合，除了它们可能都非常小。出于这些原因，我们不想鼓励对希格斯玻色子进行大规模的实验搜索，但我们确实认为，进行易受希格斯玻色子影响的实验的人应该知道它是如何出现的。

这种谨慎部分是因为当时的资深物理学家（迪米特里和我当时不到30岁）认为电弱对称性破缺和希格斯玻色子的眼睛相当黄疸。然而，随着时间的流逝，巨大的W和Z被发现，希格斯玻色子的存在与否登上了实验议程，并且没有出现像希格斯玻色子这样的存在的潜在替代理论建议。实验人员，首先是LEP，后来是在Tevatron和LHC，他们越来越关注寻找希格斯玻色子作为标准模型的最终构建块，最终在2012年7月4日被发现。