2012“上帝粒子”和我们相会

■编者按■

本刊2012年第2期，刊发了作者奇云撰写的《2012：我们和“上帝粒子”有个约会》一文。文中预见，有“上帝粒子”之称的希格斯玻色子，将在2012年被发现。如今，上帝粒子如期而至。且看，本刊特约作者奇云发来的最新报道。

欧洲科学家宣布发现新粒子

2012年7月4日，第36届国际高能物理大会在澳大利亚墨尔本召开，万众瞩目的“希格斯玻色子”（Higgs boson）再次成为世界的焦点。这一天，瑞士日内瓦的欧洲核子中心（CERN）向全世界庄严宣布：在大型强子对撞机对撞实验中，发现了一种新的亚原子粒子，这种粒子很可能就是物理学家们苦苦寻找了近半个世纪的希格斯玻色子。

尽管欧洲核子中心的科研人员在公布这一消息时措辞谨慎，表示需进一步深入研究才能确认这一新发现的粒子是否就是希格斯玻色子，但相关消息很快在科学界引起轰动，全世界物理学界更是一片沸腾。

会现场，英国物理学会主席彼得?奈特说，此次的成就可以与人类发现DNA和登陆月球相媲美。利物浦大学粒子物理系主任瑟密斯?布考克则称，这次发现就像“哥伦布发现美洲大陆”。欧洲核子中心总监罗夫?霍雅说：“今天是人类自然观的一个里程碑。”法新社评论说，这一发现的重要意义丝毫不亚于爱因斯坦首次系统地阐释量子物理学。英国《泰晤士报》将它与牛顿万有引力、达尔文进化论、青霉素、ＤＮＡ双螺旋结构和克隆羊多利等科学成就相提并论。不少科学家认为，这是人类揭开宇宙起源之迷的里程碑性事件。人类现代物理学建立起的标准模型，将由此得到进一步确认与发展，并将开创一个物理学的新时代。

对于欧洲核子研究中心取得的这一最新研究成果，因揭示粒子物理强相互作用理论中的渐近自由现象而荣获2004年诺贝尔物理学奖的戴维?格罗斯说：“这对我，对所有的物理学家，对全人类来说都是伟大的一天。我一整天都没能停止微笑。”格罗斯说：“这个发现既是一个时代的结束，又是一个新的开始。”新发现的结果巩固了标准模型，但也提出了新的问题。“我们现在有机会探测那些被称之为希格斯域的东西，这是一个新的领域。这仅仅是个开始。大型强子对撞机是一个20年的计划。它已经记录的只是在实验过程中应该被记录的事件的大约2%。”

希格斯玻色子是量子物理标准模型预言的一种基本粒子，也是量子物理标准模型中最后一个未被试验证实的基本粒子，用来解释标准模型中的基本粒子为何具有质量，也被喻为“上帝粒子”。自英国物理学家彼得?希格斯（Peter Higgs）在1964年预言了希格斯粒子的存在以来，科学界已找了它数十年。如果无法验证它的存在，则粒子物理学的理论大厦会因此动摇。出于希格斯玻色子的重要性和寻找难度，许多人把它称作“上帝粒子”。2011年12月，欧洲核子研究中心的两个小组宣布，从大型强子对撞机的数据中发现了希格斯玻色子存在的迹象。一些科学家认为，寻找希格斯玻色子的范围已经大大缩小，2012年可能取得成果（见本刊2012年第2期，奇云撰写的《2012：我们和“上帝粒子”有个约会》一文）。如今，上帝粒子同期而至，怎能不让物理学家倍感兴奋。

在会上，83岁的希格斯教授喜极而泣。他说：“今天是物理学的大喜日子！难以置信的是，这样伟大的发现竟然会在我的有生之年发生。我为自己是一位物理学家而感到骄傲！”他向所有参与这项工作的研究人员表示衷心的祝贺，称他们的工作是“一项伟大的成就”。

英国著名科学家史蒂芬?霍金当天也对此表示祝贺。他在接受英国广播公司采访时表示：“这是一个重要的发现，应该能带给希格斯一个诺贝尔奖。”不过，在慷慨地给予希格斯“诺贝尔奖提名”的同时，霍金也风趣地提到了自己的小小“失落”。他说：“我曾经和美国密歇根大学的凯恩教授打赌，认为希格斯玻色子不会被找到，看来我刚刚输掉了100美元。”

新粒子是希格斯玻色子的可能性高达99.99994%。

欧洲核子研究中心大型强子对撞机（简称LHC）的压缩μ子螺旋型磁谱仪（简称CMS，又叫“紧凑渺子线圈”）实验组和超导环场探测器（简称ATLAS）实验组，是欧洲核子中心寻找希格斯玻色子的两个独立科研小组。两个小组实验目的一样，但是两者的磁铁系统采用了完全不同的技术和设计。

会上，CMS探测器实验组的发言人乔?因坎迪拉代表科研人员首先上台说，此次发现的疑似“上帝粒子”的新粒子，其能量在125至126千兆电子伏特之间，这意味着该粒子的质量是质子的125至126倍。新粒子的质量已经确定，而且在统计学上有极高的确定性。因坎迪拉称，这一发现意义十分重大，正是出于这一原因，我们在进行所有研究和交叉检验时必须非常仔细。新发现的粒子毫无疑问是一种玻色子，也是迄今为止所发现的最重的玻色子。

而另一个研究小组Atlas探测器的发言人法比奥拉?吉亚诺蒂随后也宣布，他们同样在125至126千兆电子伏特之间观测到了新玻色子。会上，欧洲核子研究中心发言人表示，当他们将实验结果综进行合并分析后，得到的关于希格斯粒子的置信度达到5西格玛（或5标准差）。在粒子物理学中，5西格玛被视作一项新发现的门槛。5西格玛换算成统计误差率，大约为0.00006％。换句话说，这个粒子是希格斯玻色子的可能性高达99.99994%。在粒子物理学界，若要证实某一发现，数据统计确定性需要达到5标准差；若要作为证据，统计确定性只需要达到3标准差。

现在，欧洲核子研究中心的官方说法是，找到了一种符合希格斯玻色子条件的新粒子。其意思是，科学家们找到了一种新的粒子，它产生的范围符合理论学家针对希格斯玻色子出现的计算范畴。而主席豪威尔则对外说：“对于外行来说，我们是已经找到了希格斯玻色子；对于内行来说，还需要进一步确认。”费米实验室主任皮尔?奥登则是这么表达他的看法的：“如果它看着像是只鸭子，走路也像只鸭子，那它就是一只鸭子。”言下之意，这个新发现的粒子就是希格斯玻色子！

发现希格斯玻色子的重要意义

自1995年粒子物理学家发现了顶夸克之后，已经有17年没有发现任何新粒子了。过去的17年中，可以用‘郁闷’来形容粒子物理学家的集体状态。因为，他们不仅没有发现任何新粒子，也没有太多的其他发现。而这种郁闷，随着希格斯玻色子的发现，宣告结束。