■編者按■

本刊2012年第2期，刊發(fā)了作者奇云撰寫的《2012：我們和“上帝粒子”有個(gè)約會(huì)》一文。文中預(yù)見，有“上帝粒子”之稱的希格斯玻色子，將在2012年被發(fā)現(xiàn)。如今，上帝粒子如期而至。且看，本刊特約作者奇云發(fā)來的最新報(bào)道。

歐洲科學(xué)家宣布發(fā)現(xiàn)新粒子

2012年7月4日，第36屆國(guó)際高能物理大會(huì)在澳大利亞墨爾本召開，萬眾矚目的“希格斯玻色子”（Higgs boson）再次成為世界的焦點(diǎn)。這一天，瑞士日內(nèi)瓦的歐洲核子中心（CERN）向全世界莊嚴(yán)宣布：在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)對(duì)撞實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)了一種新的亞原子粒子，這種粒子很可能就是物理學(xué)家們苦苦尋找了近半個(gè)世紀(jì)的希格斯玻色子。

盡管歐洲核子中心的科研人員在公布這一消息時(shí)措辭謹(jǐn)慎，表示需進(jìn)一步深入研究才能確認(rèn)這一新發(fā)現(xiàn)的粒子是否就是希格斯玻色子，但相關(guān)消息很快在科學(xué)界引起轟動(dòng)，全世界物理學(xué)界更是一片沸騰。

發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，英國(guó)物理學(xué)會(huì)主席彼得?奈特說，此次的成就可以與人類發(fā)現(xiàn)DNA和登陸月球相媲美。利物浦大學(xué)粒子物理系主任瑟密斯?布考克則稱，這次發(fā)現(xiàn)就像“哥倫布發(fā)現(xiàn)美洲大陸”。歐洲核子中心總監(jiān)羅夫?霍雅說：“今天是人類自然觀的一個(gè)里程碑?！狈ㄐ律缭u(píng)論說，這一發(fā)現(xiàn)的重要意義絲毫不亞于愛因斯坦首次系統(tǒng)地闡釋量子物理學(xué)。英國(guó)《泰晤士報(bào)》將它與牛頓萬有引力、達(dá)爾文進(jìn)化論、青霉素、ＤＮＡ雙螺旋結(jié)構(gòu)和克隆羊多利等科學(xué)成就相提并論。不少科學(xué)家認(rèn)為，這是人類揭開宇宙起源之迷的里程碑性事件。人類現(xiàn)代物理學(xué)建立起的標(biāo)準(zhǔn)模型，將由此得到進(jìn)一步確認(rèn)與發(fā)展，并將開創(chuàng)一個(gè)物理學(xué)的新時(shí)代。

對(duì)于歐洲核子研究中心取得的這一最新研究成果，因揭示粒子物理強(qiáng)相互作用理論中的漸近自由現(xiàn)象而榮獲2004年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的戴維?格羅斯說：“這對(duì)我，對(duì)所有的物理學(xué)家，對(duì)全人類來說都是偉大的一天。我一整天都沒能停止微笑。”格羅斯說：“這個(gè)發(fā)現(xiàn)既是一個(gè)時(shí)代的結(jié)束，又是一個(gè)新的開始。”新發(fā)現(xiàn)的結(jié)果鞏固了標(biāo)準(zhǔn)模型，但也提出了新的問題?！拔覀儸F(xiàn)在有機(jī)會(huì)探測(cè)那些被稱之為希格斯域的東西，這是一個(gè)新的領(lǐng)域。這僅僅是個(gè)開始。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是一個(gè)20年的計(jì)劃。它已經(jīng)記錄的只是在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)該被記錄的事件的大約2%?！?/p>

希格斯玻色子是量子物理標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的一種基本粒子，也是量子物理標(biāo)準(zhǔn)模型中最后一個(gè)未被試驗(yàn)證實(shí)的基本粒子，用來解釋標(biāo)準(zhǔn)模型中的基本粒子為何具有質(zhì)量，也被喻為“上帝粒子”。自英國(guó)物理學(xué)家彼得?希格斯（Peter Higgs）在1964年預(yù)言了希格斯粒子的存在以來，科學(xué)界已找了它數(shù)十年。如果無法驗(yàn)證它的存在，則粒子物理學(xué)的理論大廈會(huì)因此動(dòng)搖。出于希格斯玻色子的重要性和尋找難度，許多人把它稱作“上帝粒子”。2011年12月，歐洲核子研究中心的兩個(gè)小組宣布，從大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子存在的跡象。一些科學(xué)家認(rèn)為，尋找希格斯玻色子的范圍已經(jīng)大大縮小，2012年可能取得成果（見本刊2012年第2期，奇云撰寫的《2012：我們和“上帝粒子”有個(gè)約會(huì)》一文）。如今，上帝粒子同期而至，怎能不讓物理學(xué)家倍感興奮。

在發(fā)布會(huì)上，83歲的希格斯教授喜極而泣。他說：“今天是物理學(xué)的大喜日子！難以置信的是，這樣偉大的發(fā)現(xiàn)竟然會(huì)在我的有生之年發(fā)生。我為自己是一位物理學(xué)家而感到驕傲！”他向所有參與這項(xiàng)工作的研究人員表示衷心的祝賀，稱他們的工作是“一項(xiàng)偉大的成就”。

英國(guó)著名科學(xué)家史蒂芬?霍金當(dāng)天也對(duì)此表示祝賀。他在接受英國(guó)廣播公司采訪時(shí)表示：“這是一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)，應(yīng)該能帶給希格斯一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)。”不過，在慷慨地給予希格斯“諾貝爾獎(jiǎng)提名”的同時(shí)，霍金也風(fēng)趣地提到了自己的小小“失落”。他說：“我曾經(jīng)和美國(guó)密歇根大學(xué)的凱恩教授打賭，認(rèn)為希格斯玻色子不會(huì)被找到，看來我剛剛輸?shù)袅?00美元。”

新粒子是希格斯玻色子的可能性高達(dá)99.99994%。

歐洲核子研究中心大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（簡(jiǎn)稱LHC）的壓縮μ子螺旋型磁譜儀（簡(jiǎn)稱CMS，又叫“緊湊渺子線圈”）實(shí)驗(yàn)組和超導(dǎo)環(huán)場(chǎng)探測(cè)器（簡(jiǎn)稱ATLAS）實(shí)驗(yàn)組，是歐洲核子中心尋找希格斯玻色子的兩個(gè)獨(dú)立科研小組。兩個(gè)小組實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊粯?，但是兩者的磁鐵系統(tǒng)采用了完全不同的技術(shù)和設(shè)計(jì)。

發(fā)布會(huì)上，CMS探測(cè)器實(shí)驗(yàn)組的發(fā)言人喬?因坎迪拉代表科研人員首先上臺(tái)說，此次發(fā)現(xiàn)的疑似“上帝粒子”的新粒子，其能量在125至126千兆電子伏特之間，這意味著該粒子的質(zhì)量是質(zhì)子的125至126倍。新粒子的質(zhì)量已經(jīng)確定，而且在統(tǒng)計(jì)學(xué)上有極高的確定性。因坎迪拉稱，這一發(fā)現(xiàn)意義十分重大，正是出于這一原因，我們?cè)谶M(jìn)行所有研究和交叉檢驗(yàn)時(shí)必須非常仔細(xì)。新發(fā)現(xiàn)的粒子毫無疑問是一種玻色子，也是迄今為止所發(fā)現(xiàn)的最重的玻色子。

而另一個(gè)研究小組Atlas探測(cè)器的發(fā)言人法比奧拉?吉亞諾蒂隨后也宣布，他們同樣在125至126千兆電子伏特之間觀測(cè)到了新玻色子。發(fā)布會(huì)上，歐洲核子研究中心發(fā)言人表示，當(dāng)他們將實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜進(jìn)行合并分析后，得到的關(guān)于希格斯粒子的置信度達(dá)到5西格瑪（或5標(biāo)準(zhǔn)差）。在粒子物理學(xué)中，5西格瑪被視作一項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)的門檻。5西格瑪換算成統(tǒng)計(jì)誤差率，大約為0.00006％。換句話說，這個(gè)粒子是希格斯玻色子的可能性高達(dá)99.99994%。在粒子物理學(xué)界，若要證實(shí)某一發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)確定性需要達(dá)到5標(biāo)準(zhǔn)差；若要作為證據(jù)，統(tǒng)計(jì)確定性只需要達(dá)到3標(biāo)準(zhǔn)差。

現(xiàn)在，歐洲核子研究中心的官方說法是，找到了一種符合希格斯玻色子條件的新粒子。其意思是，科學(xué)家們找到了一種新的粒子，它產(chǎn)生的范圍符合理論學(xué)家針對(duì)希格斯玻色子出現(xiàn)的計(jì)算范疇。而主席豪威爾則對(duì)外說：“對(duì)于外行來說，我們是已經(jīng)找到了希格斯玻色子；對(duì)于內(nèi)行來說，還需要進(jìn)一步確認(rèn)?！辟M(fèi)米實(shí)驗(yàn)室主任皮爾?奧登則是這么表達(dá)他的看法的：“如果它看著像是只鴨子，走路也像只鴨子，那它就是一只鴨子?！毖韵轮猓@個(gè)新發(fā)現(xiàn)的粒子就是希格斯玻色子！

發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子的重要意義

自1995年粒子物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了頂夸克之后，已經(jīng)有17年沒有發(fā)現(xiàn)任何新粒子了。過去的17年中，可以用‘郁悶’來形容粒子物理學(xué)家的集體狀態(tài)。因?yàn)椋麄儾粌H沒有發(fā)現(xiàn)任何新粒子，也沒有太多的其他發(fā)現(xiàn)。而這種郁悶，隨著希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)，宣告結(jié)束。

如果不出意外，這意味著標(biāo)準(zhǔn)模型中的所有粒子都已經(jīng)找到，那么粒子物理學(xué)家們是否從此沒事可干了？恰恰相反，在物理學(xué)家看來，找到“上帝粒子”只是開始。還有更多的實(shí)驗(yàn)需要去做，比如確切證明新粒子就是上帝粒子，詳細(xì)研究它的性質(zhì)，包括它與其他粒子的相互作用是怎么樣的。要知道，我們目前所認(rèn)知的世界，大概只占宇宙的4%，暗物質(zhì)占了23%，還有73%是一種導(dǎo)致宇宙加速膨脹的暗能量。而希格斯玻色子既可能與標(biāo)準(zhǔn)模型中的基本粒子相互作用，也可能會(huì)與詭秘的大質(zhì)量弱相互作用粒子相互作用，形成暗物質(zhì)。標(biāo)準(zhǔn)模型只能解釋4%的宇宙，占宇宙質(zhì)量96%的暗物質(zhì)與暗能量仍然沒有得到解釋。要獲取更多的信息，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的各種實(shí)驗(yàn)還要不停地做下去，而且還要提高能量級(jí)別。預(yù)計(jì)在2013年，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)會(huì)達(dá)到滿負(fù)荷14萬億電子伏特運(yùn)轉(zhuǎn)，是現(xiàn)在的兩倍。

經(jīng)常會(huì)有人提這樣的問題，花那么大的代價(jià)，那么多的人力物力，去尋找什么玄而又玄的希格斯粒子，到底有什么用？到底值不值？

事實(shí)上，科學(xué)上很多重要的發(fā)現(xiàn)都不是出于功利的目的。人之所以和世界上其他的動(dòng)物不同，就在于人有好奇心，對(duì)真理的追求。諸如，我們從哪里來，到哪里去？宇宙從哪里來，到哪里去？這個(gè)世界到底是什么？對(duì)這些終極問題的求索，使得人類世界與動(dòng)物世界有了根本不同的面貌。

理論物理學(xué)研究的特點(diǎn)，是超前性非常強(qiáng)?？赡軒资暌詢?nèi)，你不一定看得到它的應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，但它一定是有各種你意想不到的潛力的。好比當(dāng)年創(chuàng)建量子力學(xué)的那些物理學(xué)家，他們的興趣也許只為探索物質(zhì)世界的終極奧秘，但如果沒有建立在量子力學(xué)基礎(chǔ)上的半導(dǎo)體理論，電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明就完全不可能，我們今天信息時(shí)代的生活也就不可想象。同樣，居里夫人發(fā)現(xiàn)原子核的時(shí)候，人們也不知道后來會(huì)有核武器、核發(fā)電，還可以用來治病……人類想搞清楚自然界的奧秘，就是一種好奇心，對(duì)真理的追求，我們不能要求科學(xué)研究一定馬上要有用，但從歷史經(jīng)驗(yàn)來看，物理學(xué)研究的成果會(huì)轉(zhuǎn)變成巨大的生產(chǎn)力。

希格斯玻色子是標(biāo)準(zhǔn)模型的最后一塊拼圖，但我們知道，這個(gè)模型之外，還有其他的粒子和力。這意味著，即便希格斯玻色子的終于發(fā)現(xiàn)，填補(bǔ)上了物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的最后一塊拼圖，但不代表粒子物理學(xué)畫上圓滿的句號(hào)。發(fā)現(xiàn)希格斯粒子，只是穩(wěn)固了既有理論體系的基礎(chǔ)，證明了標(biāo)準(zhǔn)模型理論的可靠性，而在標(biāo)準(zhǔn)模型的基礎(chǔ)上，科學(xué)家尋求最終的“大一統(tǒng)”的物理理論，還有很長(zhǎng)的路要走。

（作者系淮南聯(lián)合大學(xué)副教授）