你好，希格斯玻色子：大型强子对撞机的新粒子看起来像真的一样

“我们发现了一种新粒子，”欧洲核子研究中心主任罗尔夫·豪尔周三上午表示。“这是一种玻色子。很可能是希格斯玻色子。”即便是科学界最令人期待的新闻，也难免会有一些警告。

尽管如此，所有迹象都表明，今天的发现可能是现代物理学中最重要的发现之一。神秘莫测的希格斯玻色子，质量载体和物理学主流理论的最后一块拼图，可能终于被发现了。现在到了有趣的部分——取决于它看起来如何，这个传奇可能才刚刚开始。[更新]

欧洲大型强子对撞机的两项实验分别发现了新粒子的证据。大型强子对撞机旨在研究物理现实背后的基本粒子和力。ATLAS 和 CMS 实验都报告了 5 西格玛统计置信度——基本上可以 100% 确定存在新粒子。去年秋天我们第一次看到了这种诱人的迹象，但自那以后，大型强子对撞机又碰撞了更多的粒子，以查看结果。周三的新闻是 2011 年和 2012 年数据的结果，尽管 2012 年的数据仍在处理中。

根据 ATLAS 和 CMS 的数据，希格斯玻色子的重量与理论预测相符。它的质量约为 125-126 千兆电子伏特，比质子重约 130 倍。大型强子对撞机通过一系列巨大的管道将质子加速到极高的能量，然后将它们撞击在一起，从而找到了希格斯玻色子。质量和能量是一回事，所以当质子具有很高的能量时，它们就非常大。它们在碰撞时会分裂，物理学家在碎片中寻找较小的组成粒子。他们在那里看到了希格斯玻色子。

“这确实是一种新粒子。我们知道它一定是玻色子，而且它是迄今为止发现的最重的玻色子，”CMS 发言人乔·因坎德拉 (Joe Incandela) 说道。然而，要证实它就是传说中的希格斯粒子，还需要做大量工作。尽管声明谨慎，但这一消息显然是 CERN 和美国物理实验室庆祝的理由。“作为一名外行，我想说，我认为我们已经找到了它，”周三上午，豪尔告诉人群。“你们同意吗？”现场响起热烈的掌声。

没有希格斯玻色子，物理学家就无法解释宇宙——恒星、星系、我们——如何存在。玻色子是一种粒子，就像夸克或电子一样，但它实际上是希格斯场的力场的组成部分。它就像一种万物皆可感受到的普遍粘性。莱斯大学粒子物理学家保罗·帕德利说，光子是一个很好的比喻。它是一种轻粒子，但也携带电磁力。希格斯玻色子是一种类似的力载体。根据理论，所有其他粒子、每个小夸克和轻子都会与这种粘性场相互作用；这种相互作用使它们获得质量。质量使粒子能够相互作用，结合成原子、分子、恒星和我们。

“我们之所以关心这个问题，是因为如果希格斯玻色子不存在，那么我们就无法从物理上理解我们为什么会存在，”帕德利说。“你无法解释宇宙。”

现年 83 岁的苏格兰物理学家彼得·希格斯几十年前提出了同名粒子的理论，以解释这种质量混乱。据路透社报道，周三，他坐在欧洲核子研究中心研讨会的前排，眼含热泪：“这件事竟然发生在我的一生中，真是太不可思议了，”他告诉他的同行科学家。

两次独立验证的 5 西格玛值比一些物理学家预期的要强。去年，ATLAS 团队发现了重达 125 至 126 GeV 的希格斯粒子的迹象，置信度为 3.6σ。CMS 团队看到了重达 124 GeV 左右的希格斯粒子，置信度为 2.6σ。

费米实验室物理学家、CMS 团队成员丹·格林 (Dan Green) 表示，使用两个不同的实验是验证结果的一种方法。ATLAS 和 CMS 探测器使用不同的冷却机制和检测方法来研究粒子，因此每个探测器的误差都不同。如果它们都看到了什么东西，那么这是一个侥幸的可能性就会大大降低。

ATLAS 和 CMS 团队各自将他们的结果保密到周三，以减少交叉污染或无意偏差的可能性。参与这两项合作的物理学家表示，这导致了一些尴尬的对话。

“这很奇怪。上周我在欧洲核子研究中心与参与 ATLAS 实验的朋友们坐在一起吃午饭，我们不会谈论寻找希格斯玻色子，这样我们就不会毒害我们的思想，”帕德利说。“相反，你会谈论加速器的性能有多好，或者猜测暗物质是什么。也许你会解决世界经济问题。你只是转向其他事情。”

既然它已经被发现了——呃，很可能，很有可能，似乎已经找到了——还有很多工作要做。正如 Heuer 所说，现在物理学家必须找出这是哪种希格斯玻色子。它的行为是否符合粒子和力的标准模型？它的属性是什么？这些问题在某些方面可能更有趣。“这是研究这种有趣粒子的所有属性的漫长旅程的开始，”Heuer 说。

帕德利将接下来的步骤比作犯罪现场。想象一下有人失踪，大规模搜查就开始了。几个月后，在湖里发现了一具尸体，符合失踪人员的描述。

“到那时，警方会非常小心。他们会说，‘在确定这个人是谁之前，我们会进行 DNA 测试，’”他说。“因此，一旦发现与希格斯粒子相符的粒子，仍有许多工作要做，研究它并确保它确实是我们从理论中了解和喜爱的希格斯玻色子。”

有许多理论问题需要解决。阿贡国家实验室物理学家、ATLAS 团队成员汤姆·勒孔特 (Tom LeCompte) 表示，希格斯粒子可能有四种“表亲”粒子。他说，在“希格斯性”的尺度上，这种粒子可能是 100% 的希格斯粒子，也可能更少。物理学家需要弄清楚它是否能完成它应该做的所有事情，或者它是否真的有四种版本。也许有带电荷的版本，或者重量更大或更小的版本。也许它是一种标量粒子——一种非常奇怪的东西，没有电荷或自旋。它将是第一个标量基本粒子。

“这就是为什么每个人不仅对这一发现感到兴奋，而且每个人都对这一发现为物理学开辟的前景感到兴奋，”Heuer 说。

因此，请继续关注夏季更多有趣的结果。