我在高中时就决定大学要选修物理系，专攻粒子物理或弦理论。随后那10年来走过的路，的确不容易。从本科必修的经典力学到硕士班的量子场论，让我体验了自然与数学的美感，也见识了顶尖的物理研究。

很多朋友都问我，为什么不选修工程或是生物还是化学呀？毕竟毕业出来找份工作也比较容易。我的答案都是，这跟知识派生有关。小时候我在班上很喜欢问老师不会答的问题： 

“为什么我们可以看到东西?”

“哦，因为我们有眼睛。”

“那我们的眼睛是怎样看到东西？”

“哦，那因为光进入我们的眼睛里。” 

“那我们的眼睛怎样跟光有相互作用？”

“这跟化学有关。电子和构成我们的原子有相互作用。”

“那为什么电子和粒子会用相互作用？”

“K，你长大后，你自己去找答案吧。”

结果，长大了，我去找答案。然后，我也了解，要继续地像苏格拉底这样问下去的话，只有在物理才有我要的答案。十多年后，我终于找到了答案。

粒子标准模型

答案很短，但很深奥，那就是粒子标准模型（Standard Model of Particle Physics）。粒子标准模型的公式（请看简化图A），集合了拉格郎日力学、特殊相对论、量子场论、规范场论、对称性破缺、群论和泛函分析。要更深入了解粒子和场论的话，拓扑学和微分几何也是必修。 

当然，我不会期盼读者一看即懂。我只是想说，如果你想找一个公式，可以解释所有我们观测到的物理现象，那你刚才已经看到了，从那可以派生其他自然科学。

粒子标准模型解释，物质粒子之间的相互作用，是出于它与玻色子（Boson）的群组作用。我们到目前能够观察的物质粒子（除了希格斯粒子以外）都是费米子（Fermion）。玻色子和费米子的分别在于自旋数为整数（0，±1，±2）和半整数（±1/2，±3/2）。

自旋是一种量子属性，在经典物理上不存在，一般人也不会知道。我们可以想象它为一个粒子的属性，像粒子的质量或能量一样。玻色子一般都形容基本力如电力、强力；而费米子则形容物质，例如电子、中微子或夸克等。 

有了粒子标准模型，我们可以精准地形容每个我们所测量的粒子属性与其相互作用。我们可以知道，为什么有些大自然的粒子相互作用是不存在的，或为什么一些粒子的相互作用奇特地微小。 

最简单易懂的日常粒子相互作用，是我小时候问的问题，电子和光的互相作用。在经典模型公式的后半段，我们可以看到ψψA 组件的存在（规范场与费米子相互作用），只要我们翻译ψ为电子，A为光子，就可以开始建造一些大自然的现象，例如电子散射或成对产生（请看简化图B）。 

由光的群论转变来补偿

当然你或许会问，为什么我们可以写下ψψA这样的组件，而不是天马行空的任何组件。在规范场论被允许的组件，都必须符合时空对称和群论对称。简单的说，两个电子的群论转变，必须由光的群论转变来补偿。只有整体群论不变的组件才是在标准模型上被允许的。 

那些标准模型的组件，花了我们40年的研究，才在2012年希格斯粒子被LHC撞击实验ATLAS和CMS寻找到后才结束。

新物理法则

那寻获全部标准模型的属性，我们的工作就结束了吗？当然不是。在标准模型里，地心引力没被包含进去，无法解释在黑洞里极度弯曲时空的物理。 

在宇宙学上，我们不懂占了宇宙总能量96%的黑物体（Dark Matter）和黑能量（Dark Energy）。我们不懂中微子为什么有质量。

我最感兴趣的问题是希格斯粒子质量组件的来源。希格斯粒子的质量（大约126 GeV）是不被对称保护的。量子的自我相互作用（无法避免）会把它的质量提升至1019 GeV的地心引力常数值。这是一个天文数字的差别。

如果我们想要从极端高能量物理派生希格斯粒子的质量，除非你相信偶然和奇迹，即两个大数目在极端高能减去16个零后得到126 GeV，不然你就需要新的理论来解释这个现象。

理论物理学家都相信，还有一些我们不懂的物理法则，在等着我们去了解是什么新物理法则在保护着希格斯粒子的质量。那段旅程，目前还很遥远。