爱华网
“我觉得我们已经得到它了。你同意吗？” 在日内瓦，面对座无虚席的观众，欧洲核子研究所所长洛夫?霍耶尔宣布：两个为大型强子对撞机（LHC）工作的独立团队，已经确定发现了希格斯玻色子（又名“上帝粒子”）。 准确地说，是发现的概率超过99％，按照科学家们的说法，至少目前他们已经可以预计发现存在一种在希格斯玻色子位置上的全新粒子。 在欧洲的另一端，英国物理学家霍金也通过视频表达了对这一成果的肯定。早年，他曾经和友人下注，打赌这种粒子不会存在。“我与美国密歇根大学的戈登?凯恩打赌，希格斯粒子不会被发现。不过就在刚才，似乎我已失去了100美元。”在视频中，这位70岁的理论物理学家赌输了钱貌似遗憾，但嘴角边闪烁着微笑。他表示，事实上，他很高兴希格斯粒子成功被发现，甚至给提出这一理论的英国物理学家彼得?希格斯提前授予了“诺贝尔物理学奖提名”。 对于普通民众来说，希格斯玻色子听起来甚为陌生，但是对于物理界来说，这可是一个里程碑式的发现，其重要性不亚于人类登上月球。 一直在“逃”的“上帝粒子” 宣布这次重要发现后，现场特地邀请到四位在20世纪60年代帮助希格斯理论发展的理论家，其中也包括彼得?希格斯本人。在宣布发现希格斯玻色子的时候，这位来自英国的科学家喜极而泣。 83岁高龄的希格斯穿着白衬衫和灰西装，接受在场人士的起立鼓掌。他激动地说：“这真的是我生命中最不可思议的奇迹。 40多年前，我根本没有想过，这一天会在我的生命中发生。因为那时候，人们根本不知道到哪里去寻找希格斯玻色子。所以，我非常高兴地得知，这是真实存在的粒子，并且有足够证据让科学家们宣布这一发现。” 就是这位理论物理学家，提出了在物理界大名鼎鼎的“上帝粒子”，他希望借此来解释为什么我们的宇宙中物体存在质量？为什么星系、行星和人类有生存权？这种粒子对于研究物理学的标准模型乃至世界的存在，都甚为重要。 自然界究竟如何生成的？我们为什么存在于这世界之上？对普通人来说，这也许是哲学范围的话题，但是对于物理学家来说，他们需要从专业角度来考虑：是什么样的力量让世界变成当今之模样的？到底是什么让人类可以生存于这世上？ 物理学中一般认为，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。 自从爱因斯坦的相对论解决了重力问题之后，理论物理学家开始尝试建立统一的模型，以期解释通过后3种力相互作用的所有粒子，这就是物理界中的标准模型。该模型把基本粒子分为夸克、轻子和玻色子3大类，预言了62种基本粒子的存在。 在粒子世界里，自旋为整数的粒子称为玻色子，如光子、胶子的自旋都是1。自旋为半整数的粒子称为费米子，如电子、夸克、中微子的自旋都是1/2。希格斯粒子属于玻色子，因为它的自旋是0，这也是目前知道唯一自旋是0的玻色子。 希格斯玻色子被认为是整个标准模型的基石。在英国科学家彼得?希格斯之前，物理界的标准模型有一个致命缺陷—它所演绎出的世界里没有质量。直到1964年，希格斯才提出了希格斯场的存在。 但“上帝粒子”的提出挫折不断。1964年的一天，希格斯正在苏格兰高地上行走时，突然萌发了“上帝粒子”这么一个概念。随后，他撰写了两篇论文，第二篇论文一度遭到了设在欧洲的核研究组织的《欧洲物理学快报》的拒绝。 根据希格斯的理论，希格斯玻色子是其他粒子形成质量的基础。它们在希格斯玻色子构成的“希格斯场”中存在，受其作用而产生惯性，最终才有了质量；之后才有了其他粒子在除引力外的另3种力的框架中相互作用，最终形成物理的“标准模型”。因其重要，物理学家们也将希格斯玻色子称为“上帝粒子”，正因有它的存在，才有了质量，才有了其他粒子，进而才创造了现在这个世界。 随着现代物理学的发展，实验物理学家已经可以把加速器越造越大，标准模型预言的未知粒子全都在实验中现身，只有这个最重要的希格斯玻色子仍然找不到，直至近日。 发现“上帝粒子”有赖大型强子对撞机（LHC） 大型强子对撞机（LHC）的出现，让实验物理学家们的努力为理论物理学家们的研究带来了新的曙光。 LHC是价值数十亿美元的机器，在其初期遭受了无数的失误和挫折。然而，随着越来越多的实验结果表明，这个机器给物理界带来了很多希望。 意大利的一位物理学家表示：“坚持LHC和该实验，将带来奇迹。我认为，我们的工作远超越它的设计。” 事实上，物理学家们在去年就看到了有关希格斯玻色子的一线曙光，但直到上周他们才得到确凿的证据。研究人员在类希格斯玻色子衰变为一对光子的过程中观测到了信号，这个过程是LHC在记录下的亿万次质子对撞实验中，窥测到希格斯玻色子的最简明的方法。 研究人员表示，这批数据包含了“足够多的”碰撞事件，加速电压约为125千兆电子伏，与去年数据得到的值相同。同样的信号在希格斯玻色子的其他衰变通道中也被观测到，例如类希格斯玻色子衰变成四个轻子的过程。 为了寻找希格斯玻色子，总共有两个LHC团队在做相关研究，一个团队是寻找希格斯玻色子，另外一个团队则寻找紧凑型μ介子螺线管（Compact Muon Solenoid ，简称CMS），这两个团队独立工作，互不联系，他们都不知道对方会拿出什么样的结果。 然而，两方的结果达到了惊人的一致。达拉斯的南卫理公会大学的ATLAS团队成员兼物理学家雷沙德说道：“有趣的是，这本来是相抵触和相互竞争的两组实验，但基本上有相同的结果，这提供了额外的确认。” 理论物理学家们坚持只有当置信度高于5-sigma时，才能称之为发现，因为5-sigma意味着发生错误的概率小于0.00003%。ATLAS探测器和CMS探测器分别观测到了介于4.5到5sigma之间的置信度，距离可信的结果仅一步之遥。该结果与位于伊利诺伊州费米实验室、如今已经弃置的万亿电子伏特加速器（Tevatron）曾经的结果相符合，可以说，几组结果，已经证明接近“发现”“上帝粒子”的边缘。 在基于LHC的大型离子对撞机实验（A Large Ion Collider Experiment，简称ALICE）项目当中，大卫?埃文斯是英国团队队长。两组实验的5-sigma结果，超出了许多物理学家预想，也包括埃文斯在内。埃文斯还曾预测团队会继续公布4-sigma的结果，因为新粒子要正式视为新发现而并非侥幸，习惯上就不能缺少严格的标准。结果令人惊喜。埃文斯说：“比我预想的要好，我认为我们可以说希格斯是在这里的。它是存在的。”埃文斯把这个比预期要好的结果归因于“LHC做了出色的工作”和“从12月以来两个团队在改善分析方面做了出色的工作”。 尽管发现“上帝粒子”是一个历史性的里程碑，但对于物理学家们来说，还有大量的工作摆在面前，他们还要尝试确认新发现的粒子身份、进一步探索其属性。其中一项最重要的工作就是确定这种粒子是否表现为提供质量的希格斯玻色子，或者更确切地说，是否就是标准模型中预测的希格斯玻色子。科学家们首要的任务是，精确观测这种粒子在LHC的探测器中产生和衰变的不同方式。由于标准模型所预言的未知粒子可能会干扰相关的量子力学行为，希格斯玻色子产生和衰变的速率也会随之改变。 霍金打赌总是输 对于著名物理学家霍金来说，尽管现在他对同行彼得?希格斯的理论表示赞赏，但他曾经打赌：“上帝粒子”不可能存在。霍金回忆，那时候他与美国密歇根大学的物理学家戈登?凯恩打赌，这种粒子不会被发现。 而据凯恩回忆说，与霍金打赌是在一次学术大会上，当时几名物理学家在用餐时讨论欧洲核子研究中心是否能延长大型正负电子对撞机(找到新粒子的大型强子对撞器的前身)的使用期限，霍金调皮地发表了自己的看法，并拿出100美元作赌注。 霍金赌注刚下，物理学界就议论纷纷，反应最为激烈的莫过于希格斯本人。他悲痛地回应说，霍金的挑战“就像是在批评已经去世的戴安娜王妃”。希格斯说，霍金“把粒子物理学的理论与重力学扯在一起，没有任何一位理论学派粒子物理学家会认为这是正确”。 如今，因为打赌而赢得100美元的戈登?凯恩表示：“我一直坚信希格斯玻色子一定会被找到。如今，这一对希格斯玻色子的发现真是太棒了。它证实了长久以来的猜想，进一步加强了粒子物理‘标准模型’的事实根据。”在他看来，这一次的打赌获胜无异于锦上添花。 希格斯还高兴地表示，在宣布发现新粒子后，霍金曾与他联系并表示支票已寄出。希格斯说：“他不仅是给我一个人钱。我想他还会寄100美元给密歇根大学的戈登?凯恩。” 实际上，这已经是霍金输掉的第四个赌了。他曾经跟另一位物理学家基普?索恩“豪赌”过3回—第一回，赌天鹅座 X-1 双星是否包含黑洞；第二回，赌宇宙中有没有裸奇点；第三回，赌的则是黑洞会不会彻底抹杀信息。霍金三赌皆输—加上这一次，霍金的运气实在够差的。
