2012“上帝粒子”和我们相会

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。

在发布会上，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。

发布会上，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。发布会上，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。

如果不出意外，这意味着标准模型中的所有粒子都已经找到，那么粒子物理学家们是否从此没事可干了？恰恰相反，在物理学家看来，找到“上帝粒子”只是开始。还有更多的实验需要去做，比如确切证明新粒子就是上帝粒子，详细研究它的性质，包括它与其他粒子的相互作用是怎么样的。要知道，我们目前所认知的世界，大概只占宇宙的4%，暗物质占了23%，还有73%是一种导致宇宙加速膨胀的暗能量。而希格斯玻色子既可能与标准模型中的基本粒子相互作用，也可能会与诡秘的大质量弱相互作用粒子相互作用，形成暗物质。标准模型只能解释4%的宇宙，占宇宙质量96%的暗物质与暗能量仍然没有得到解释。要获取更多的信息，大型强子对撞机的各种实验还要不停地做下去，而且还要提高能量级别。预计在2013年，大型强子对撞机会达到满负荷14万亿电子伏特运转，是现在的两倍。

经常会有人提这样的问题，花那么大的代价，那么多的人力物力，去寻找什么玄而又玄的希格斯粒子，到底有什么用？到底值不值？

事实上，科学上很多重要的发现都不是出于功利的目的。人之所以和世界上其他的动物不同，就在于人有好奇心，对真理的追求。诸如，我们从哪里来，到哪里去？宇宙从哪里来，到哪里去？这个世界到底是什么？对这些终极问题的求索，使得人类世界与动物世界有了根本不同的面貌。

理论物理学研究的特点，是超前性非常强。可能几十年以内，你不一定看得到它的应用价值和经济效应，但它一定是有各种你意想不到的潜力的。好比当年创建量子力学的那些物理学家，他们的兴趣也许只为探索物质世界的终极奥秘，但如果没有建立在量子力学基础上的半导体理论，电子计算机的发明就完全不可能，我们今天信息时代的生活也就不可想象。同样，居里夫人发现原子核的时候，人们也不知道后来会有核武器、核发电，还可以用来治病……人类想搞清楚自然界的奥秘，就是一种好奇心，对真理的追求，我们不能要求科学研究一定马上要有用，但从历史经验来看，物理学研究的成果会转变成巨大的生产力。

希格斯玻色子是标准模型的最后一块拼图，但我们知道，这个模型之外，还有其他的粒子和力。这意味着，即便希格斯玻色子的终于发现，填补上了物理学标准模型的最后一块拼图，但不代表粒子物理学画上圆满的句号。发现希格斯粒子，只是稳固了既有理论体系的基础，证明了标准模型理论的可靠性，而在标准模型的基础上，科学家寻求最终的“大一统”的物理理论，还有很长的路要走。

（作者系淮南联合大学副教授）

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