上帝粒子驾临,霍金输了

2012年7月4日，欧洲核子研究中心召开会，公布该研究中心在近5个标准差的统计显著度上,观察到一种质量为125G电子伏特的新亚原子粒子。在统计和系统误差范围内,在不同的搜索渠道中得到的结果，与标准模型中被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子的预期一致。

这一发现可能意味着斯蒂芬·霍金要输了！3年前，他押下100美元的赌注，打赌人类永远也不可能发现希格斯粒子——这种有着“上帝粒子”之称的神秘粒子，被认为是宇宙中所有基本粒子的质量之源。

英国科技委员会主管约翰·沃默斯利在伦敦某事件中这样说道:“我很确定我们发现了一种新粒子，它与希格斯玻色子理论非常符合。”中国科学技术大学教授刘衍文说：“如果最终确认为‘上帝粒子’，那么这将是人类探索自然过程中的一大步，使我们能站在一个新的高度，思考我们身处的这个宇宙。从科学意义上讲，发现‘上帝粒子’比人类登上月球更重要。”

尽管科学家措辞谨慎，但实验结果依然令人激动不已。

自古以来，寻找出宇宙的终极规律始终是人们的梦想。近代科学家发现，宏观尺度上的宇宙和微观尺度上的基本粒子存在某些紧密的联系，因此，微观尺度上粒子的基本模型也就成为了解释宇宙奥秘的钥匙。为此科学家们一直不断努力探索，直到上世纪60年代，六个科学家提出了标准模型理论。

自然界中物体之间的相互作用力可以划分为4种，即引力（重力）、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力。引力和电磁力是我们日常生活可见的，如苹果掉到地上是引力作用，我们用的电是电磁力作用。但是，我们日常生活中不能感应到强力和弱力。它们是微观世界，即在基本粒子水平观测到的力。爱因斯坦的相对论解决了重力问题之后，标准理论则统合了自然界四种相互作用中的电弱相互作用和强相互作用的统一描述，以用来解释宇宙中最基本的组成粒子以及其间的交互作用力，来证明我们的物质世界是宇宙大爆炸产生的，而不是上帝创造的。

标准模型提出，宇宙的基本粒子是由夸克和轻子组成的，是组成物质最基本的粒子。夸克是分数电荷，自旋为1/2；轻子就是不参与强相互作用的费米子，但参与弱相互作用与电磁作用，自旋为1/2。而传递物质之间相互作用的粒子称为媒介子，即玻色子。也就是说费米子是组成物质的基本粒子而玻色子负责传递各种作用力。

根据四种不同的相互作用力，将玻色子分为四种：介子或胶子（强相互作用的媒介粒子，自旋为1，总共有8种）；光子（电磁相互作用的媒介粒子，自旋为1，只有1种）；W及Z玻色子（弱相互作用的媒介粒子，自旋为1，有3种）；希格斯粒子（引导规范群的自发对称性破缺，是惯性质量的源头）。

在20世纪60年代标准模型理论的开始探索阶段，上面介绍的玻色子也被称为“规范玻色子”，必须满足规范理论，即对称性禁止规范玻色子带有任何质量。但研究过程中，实验中所观测的与规范不相符合，所遇到的主要障碍就是质量问题，如果不能解决基本粒子质量从哪儿来的问题，将使得整个研究失去基础。

直到1964年，英国物理学彼得·希格斯在一篇论文中提出一种粒子场的存在，预言一种能吸引其他粒子，进而产生质量的玻色子的存在。他认为，这种玻色子是物质的质量之源，是电子和夸克等形成质量的基础，基本粒子本身无所谓质量，质量是基本粒子与粒子场相互作用的结果，进而构筑成大千世界。刚开始这个理论没有引起人们的重视，他的第二篇论文甚至被欧洲《物理快报》杂志退回。

1967年，场论的重量级人物——美国物理学家温伯格，用希格斯的理论成功解决了标准理论研究过程中的质量问题，并且给现实世界留下了一个自旋为零的希格斯玻色子（即希格斯在论文中提出的玻色子）。从此，这种粒子才备受关注，由于它是物质质量之源，也称之为“上帝粒子”

1995年3月，美国费米实验室宣布发现了“顶夸克”，标志着除“上帝粒子”外,标准模型中预言的宇宙大爆炸可能产生的62种基本粒子，已有61种粒子已经被实验证实存在。然而，幽灵般的“上帝粒子”却依然不见踪影。

看上去标准模型马上就要获得决定性的胜利，对物质微观结构的探索已经到达了尾声，似乎人类也马上就要听到这一跌宕起伏的，充满高潮的，华彩探索乐章的终曲，但是仍然有一个粒子，游离在这座辉煌的大厦之外，仿佛一个幽灵，它就是“上帝粒子”，而且就是这个粒子可能会击垮整座大厦。

从此，科学家们踏上寻找“上帝粒子”的道路，在大爆炸发生137亿年之后，为了捕获希格斯粒子，人类齐集了最尖端的科学技术，尝试还原当时爆炸的一瞬间。

位于瑞士的欧洲核子研究中心（CERN）的工作人员通过世界上最大的正负电子对撞机LEP攫取了115GeV的希格斯粒子，但是他们当时的统计数据不足以做出任何确定的推论。

2003年，物理学家试图通过位于美国芝加哥的费米实验室的正负质子对撞机，让质子与反质子相互对撞分析出希格斯粒子的运动轨迹，试图证实或否定CERN先前的实验结果。但是由于先前计划从旧实验中回收反质子的方案并不可行，而且存在已有二十年之久的正负质子对撞机同样也到了更换的阶段，需要很长的时间来修复，因此费米实验室的研究遇到了一定的挫折。

2008年9月10号，欧洲大型强子对撞机开始调试运行，对撞机通过质子束对撞产生巨大能量，模拟宇宙大爆炸的情形，形成上帝粒子，这种粒子瞬间即逝，衰变成其他可以被捕获和进行分析的粒子，或者变成闪光。这架对撞机横跨法国和瑞士，大型强子对撞机占据着一条长27公里的圆形隧道，耗资总计约100亿美元，这个空旷的地下世界相当于4个梵蒂冈，如果你要走完全程，想花上整整4个小时。

对撞机运行后，科学家希望借助单束粒子流能量为7万亿电子伏特，世界最高能级对撞机能够发现“上帝粒子”，但两周之后因冷却液泄漏事故而暂时停机。

到2009年底，对撞机才重新启动，并从2010年3月开始，以3.5万亿电子伏特的质子束流能量一直运行至今。自2010年3月正式启动以来，这条隧道每秒都迎来千万次爆炸。在一条环形加速管道中，方向相反，各具有3.5TeV（兆兆电子伏特）能量的质子团在4个对撞点不断碰撞。每一个对撞点上都架起了上万吨重的粒子探测器，它们犹如平躺着的硕大无比的啤酒桶，将对撞点严实地包裹起来，并承载不同的实验功能。其中，名为CMS和ATLAS的两个探测器的主要使命就是探索可能出现的希格斯粒子的信号。