"在過去的16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)樗麄儾粌H沒有發(fā)現(xiàn)新粒子，也沒有太多的其他發(fā)現(xiàn)，但是這個(gè)狀態(tài)在2012年很可能被打破。 "
　　年末的“謠言”
　　在2011年行將過去時(shí)，物理學(xué)界又來了一波新聞沖擊。這次當(dāng)然是來自一直被媒體和普通人關(guān)注的歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)，在這個(gè)對(duì)撞機(jī)上一直工作的四個(gè)探測(cè)器中的兩個(gè)在12月13日舉行聯(lián)合學(xué)術(shù)報(bào)告，對(duì)同行和媒體透露他們對(duì)最新數(shù)據(jù)作出的最新分析結(jié)果。
　　在舉行聯(lián)合學(xué)術(shù)報(bào)告之前十天，網(wǎng)上已經(jīng)瘋傳探測(cè)器ATLAS和探測(cè)器CMS的結(jié)果，這次的結(jié)果與尋找希格斯粒子即所謂上帝粒子有關(guān)。同行們對(duì)謠言的反應(yīng)各色各樣，有的相信，有的不信，有的說要持謹(jǐn)慎態(tài)度，有的說粒子物理學(xué)已經(jīng)獲得突破，有些人甚至在網(wǎng)上吵了起來。我一直是個(gè)樂觀的人，傾向于相信大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)終于俘獲到了希格斯粒子作案后留下的一點(diǎn)痕跡。
　　不論信和不信，為什么大家如此興奮？原因是，自從粒子物理學(xué)家80年前開始用對(duì)撞機(jī)這類大型玩具尋找各種粒子以來，這是第一個(gè)與眾不同的粒子。這個(gè)粒子與眾不同到什么程度？參見相關(guān)文章《為什么希格斯粒子這么特殊？》。另外，1995年粒子物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了頂夸克，在那之后，已經(jīng)有16年沒有發(fā)現(xiàn)任何 新粒子了。在過去的16年中，我們基本可以用郁悶這個(gè)詞來形容粒子物理學(xué)家的集體狀態(tài)，因?yàn)槲覀儾粌H沒有發(fā)現(xiàn)任何 新粒子，也沒有太多的其他發(fā)現(xiàn)，例如沒有發(fā)現(xiàn)任何 新型相互作用——我們平常稱為“力”的東西。
　　著名物理新聞和科普網(wǎng)站“物理世界”(PhysicsWorld)在去年年終總結(jié)了物理學(xué)2011年十大進(jìn)展，沒有將大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)找到希格斯粒子的證據(jù)包括進(jìn)去。這可以理解，因?yàn)橄旅嫖覀儠?huì)說到，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)雖然看到了疑似希格斯粒子，還不算真正看到了。
　　另一個(gè)大新聞
　　2011年物理界還有一個(gè)重大新聞，同樣與歐洲核子中心有關(guān)。位于意大利Gran Sasso國立地下實(shí)驗(yàn)室的中微子實(shí)驗(yàn)OPERA在9月22日宣布，他們測(cè)量到了中微子的速度超越了光速！OPERA接收到的中微子來自于歐洲核子中心，兩地距離大約為730千米。
　　這顯然是一個(gè)比希格斯的發(fā)現(xiàn)更加重大的新聞，因?yàn)槌�光速是相�?duì)論和量子力學(xué)兩個(gè)理論聯(lián)合禁止的。如果中微子真的超光速了，那么整個(gè)物理學(xué)基礎(chǔ)必須重新考慮了。因此，OPERA謹(jǐn)慎地說，他們已經(jīng)考慮實(shí)驗(yàn)中各種可能出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方，但沒有找到，無奈之下，只好將結(jié)果用學(xué)術(shù)論文的形式公布出來，讓全世界物理同行來檢查。這篇論文在網(wǎng)上出現(xiàn)后，已有一百多篇論文討論中微子超光速問題。與希格斯粒子的證據(jù)一樣，中微子超光速同樣沒有被“物理世界”列為物理學(xué)2011年十大進(jìn)展。
　　ATLAS的證據(jù)
　　回到2011年12月13日。那一天歐洲時(shí)間下午，歐洲核子中心大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上的兩個(gè)探測(cè)器研究組，ATLAS和CMS，舉行了大家已經(jīng)在謠言中期待了十天的報(bào)告，將他們對(duì)2011年一年的數(shù)據(jù)分析結(jié)果公之于眾。
　　說這兩個(gè)研究組是組確實(shí)不恰當(dāng)，因?yàn)槊總�(gè)組的人員都不少于三千人。感謝大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)以及兩個(gè)探測(cè)器ATLAS和CMS的高性能運(yùn)行，感謝這兩個(gè)組的研究人員夜以繼日地工作，他們?cè)跇O短的時(shí)間內(nèi)分析了海量數(shù)據(jù)中含有的希格斯粒子的信息，終于在圣誕節(jié)前獲得較強(qiáng)的希格斯粒子的證據(jù)：這個(gè)粒子的質(zhì)量大約是125GeV左右，這里一個(gè)GeV是10億電子伏特，一個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量大約是一個(gè)GeV。
　　ATLAS是英文A Toroidal LHC Apparatus(一臺(tái)環(huán)形LHC儀器)，這個(gè)名字看上去很普通，看上去更像是為了套用希臘神話中的大力神巨人的名字。ATLAS是目前世界上最大的探測(cè)器，長46米，高25米，重七千噸。在12月13日的聯(lián)合報(bào)告中，ATLAS的領(lǐng)導(dǎo)人、意大利籍的Fabiola Gianotti先做報(bào)告，她的報(bào)告持續(xù)了近一小時(shí)，超過了預(yù)告的半小時(shí)。Gianotti看上去是一位很干練的女性，與我同年。她從1992年起就為ATLAS工作，那時(shí)這個(gè)探測(cè)器還沒有影子，大家也只是做籌備工作。這個(gè)探測(cè)器3年前第一次啟動(dòng)，但不幸的是，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)在啟動(dòng)后很快壞了。維修了一年多，終于在兩年前重新啟動(dòng)，到目前為止運(yùn)行正常，而且是高性能地運(yùn)轉(zhuǎn)。終于，他們能夠在12月給全世界帶來令人興奮的結(jié)果，ATLAS以99.9%的置信度看到了希格斯粒子的蹤影。
　　可是，在物理世界中，99.9%實(shí)在不算一個(gè)接近100%的數(shù)字。歷史上，物理學(xué)家有很多次在這個(gè)置信度上看到了離奇的現(xiàn)象，過了一段時(shí)間后又消失了。所以，粒子物理學(xué)家在1995年發(fā)現(xiàn)頂夸克后制定了一個(gè)不成文的標(biāo)準(zhǔn)，宣布一個(gè)發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)的置信度必須至少是99.99994%，也就是說，發(fā)現(xiàn)是虛幻的可能只有不到千萬分之六的可能。為什么是這個(gè)離奇的數(shù)字？因?yàn)楦鶕?jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)，這個(gè)數(shù)字相當(dāng)于物理學(xué)家得到的信號(hào)超過所有可能的誤差的5倍。
　　CMS的證據(jù)
　　2011年12月13日歐洲時(shí)間下午，我一直在網(wǎng)上看來自歐洲核子中心的視頻直播，并將我獲得的最重要的信息及時(shí)在微博上直播。ATLAS報(bào)告之后是CMS的報(bào)告。CMS是英語Compact Muon Solenoid縮寫(緊致渺子螺管)，是比ATLAS小的探測(cè)器，長21.5米，高15米。這臺(tái)探測(cè)器雖然比ATLAS小，卻重達(dá)一萬兩千多噸。探測(cè)器這么重原因是，需要強(qiáng)大的磁場(chǎng)是來彎曲高能帶電粒子從而測(cè)量它們跑得多快，而產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)需要很多鐵。所以，這臺(tái)探測(cè)器并不像名字顯示的那樣緊致。這臺(tái)探測(cè)器的主要目的和ATLAS一樣，是俘獲希格斯粒子，同時(shí)尋找超出粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理原理，例如超對(duì)稱。
　　CMS領(lǐng)導(dǎo)人是Guido Tonelli，已經(jīng)62歲了，與ATLAS的領(lǐng)導(dǎo)人Fabiola Gianotti一樣來自意大利。他從2010年1月開始成為CMS發(fā)言人，領(lǐng)導(dǎo)著一個(gè)有三千六百人的團(tuán)隊(duì)。CMS看到希格斯粒子蹤影的置信度稍低些，大約有99%的置信度，同樣，在粒子物理學(xué)中這是一個(gè)不可信任的置信度。但CMS和ATLAS一樣，在不同的地方看到了希格斯的蹤影，這是為什么多數(shù)粒子物理學(xué)家相信他們看到了希格斯，而且相信他們將在今年確鑿無疑地俘獲希格斯。
　　到底有多靠譜
　　就像在兩個(gè)學(xué)術(shù)報(bào)告作出之前的十天內(nèi)一些物理學(xué)家所做的那樣，兩個(gè)組的發(fā)言人在宣布這個(gè)激動(dòng)人心結(jié)果的同時(shí)警告我們，希格斯粒子還不能說完全被發(fā)現(xiàn)了。
　　在過去發(fā)生過很多不靠譜的事情，實(shí)驗(yàn)粒子物理學(xué)家們時(shí)不時(shí)地宣布發(fā)現(xiàn)了什么，讓理論粒子物理學(xué)家們激動(dòng)了幾天，寫了很多論文。不久，等積累了更多的數(shù)據(jù)，“發(fā)現(xiàn)”消失了。因此，不少理論粒子物理學(xué)家們都有了心理創(chuàng)傷，對(duì)置信度不“達(dá)標(biāo)”的發(fā)現(xiàn)懷有警惕心理。