諾貝爾物理獎得主2013 BEH機制的諾貝爾榮耀

今年諾貝爾物理獎頒給了比利時人翁勒與英國人希格斯，這可說是意料中之事，因為依據諾貝爾的遺囑，得獎者應是「在前一年間，對於人類有最大貢獻的人」，2012年物理領域中最受矚目的成就，當然就是粒子實驗學家發現了眾人期盼已久的希格斯粒子。

諾貝爾委員會說他們兩人的貢獻在於「發現了一種理論機制，有助於我們理解次原子粒子的質量來源，而最近位於歐洲核子研究組織大強子對撞機的ATLAS與CMS實驗發現了理論所預測的基本粒子，證實了這種機制。」在諾貝爾委員會提供的「2013年諾貝爾物理獎科學背景資料」中，兩人發現的理論機制被稱為「BEH機制」，有別於傳統所稱的「希格斯機制」。為何如此？因為希格斯與翁勒是各自獨立發現此機制，而翁勒有位合作者布繞特，他們兩人的論文發表於1964年8月，比希格斯的論文還早了兩個月，所以諾貝爾委員會才會稱呼他們發現的機制為「B（rout）–E（nglert）–H（iggs）機制」；可惜出生於美國、後來入籍比利時的布繞特已於2011年過世，不然今年的得主應有布、翁、希三位。事實上，他們三人已於2004年共獲過聲望很高的以色列沃爾夫（Wolf）獎。

關於今年的物理獎，眾人事先最好奇的其實是在希格斯與翁勒兩人之外，是否還有第三位得主？如果有，會是誰？不少人認為知名凝態物理學家安德森應該也在獲獎之列，原因是安德森早在1962年11月就已發表論文，清楚解釋了BEH機制的物理原理，以致於「夸克」一詞發明人葛爾曼還曾將此機制稱為「安德森–希格斯機制」。

安德森精通超導體理論，知道超導現象的本質是所謂的「自發失（去對）稱」，亦即儘管超導體所遵循的方程式具有某個對稱性，但是此方程式的最低能量狀態（基態）卻不具有此種對稱；他也了解在不考慮電磁效應的情況下，呈現自發失稱的超導體中應該存在著一個不帶質量的粒子（一般稱為「南部–高德史東粒子」），但是一旦將電磁場（即光子）包括進來，原本零質量的光子便會和這個也是零質量的南部–高德史東粒子結合成一個帶質量的光子，這種讓光子得到質量的方式即為BEH機制。實驗學家已經知道電磁場無法穿透進超導體內部，只能停留在表面，即麥士納效應，這效應可以這麼解釋：由於BEH機制，光子帶了質量，但帶質量的光子在超導體裡頭跑不遠，所以電磁場只能存留在超導體表面薄薄一層裡。