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知名科技项目:LHC-大型强子对撞机专题:2015-03重启,能量增加1倍

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 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-6-15 11:45 | 显示全部楼层
本帖最后由 hkhtg090201 于 2011-6-15 11:46 编辑

上帝粒子发现过程现诡异情况 信号突然消失
2011年06月15日  来源:腾讯科技

 腾讯科技讯(编译Everett)据国外媒体报道,近日,美国国家费米实验室(Fermilab)的物理学家们使用位于伊利诺伊州.巴达维亚市的费米实验室兆电子伏特粒子加速器(质子—反质子对撞机Tevatron),经过长达数个月的努力,以期证实希格斯玻色子这个“上帝粒子”的存在性。而希格斯玻色子(Higgs boson)则是粒子物理标准模型理论预言的粒子,同时也是标准模型中最后一种未发现的粒子。

  这种粒子之所以备受瞩目,是因为我们知道在自然界中存在四种力:引力(重力)、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力。引力的问题则有相对论进行阐述,后三种力则由粒子物理论中的标准模型来界定,而在标准模型中,基本粒子分为:轻子、玻色子和夸克。但是在标准模型的框架下无法解释质量的来源,于是就预言存在一种被称为希格斯玻色子的粒子,在希格斯场中引发自发对称性破缺,由场量子化激发并通过自相互作用,作为整个宇宙中所有物质的质量来源。

  在此之前,欧洲大型欧洲大型强子对撞机(LargeHadronCollider 简称LHC)实验结果显示,找到了希格斯玻色子存在的证据。但是,费米国家实验室也在进行相关研究,根据上周五费米实验室提交给《物理评论快报》的文章内容,该实验室的科学家Dmitri Denisov叙述:我们并没有看到相关的信号特征,如果希格斯玻色子确实存在,根据目前的实验程序,我们应该会从加速器的数据上读出来,但是我们审视了全部的数据,就是没有发现该出现的东西,也就是说,本该出现的信号消失了。

  从这一点出发,希格斯玻色子出现也是概率性事件吗?出现概率是50%?也就是说,它可能出现?也可能不出现?难道这也是某种意义上的不确定性么?这确实是个匪夷所思的现象。



  然而,针对费米实验室发布的数据,欧洲核研究结构的发言人詹姆斯·吉利斯(James Gilies)在瑞士的日内瓦回应说:由该机构负责运行的欧洲大型强子对撞机的粒子加速器所取得的阶段性成果目前还不适宜公布,但可以肯定的是会在接下来的数周时间内进行进一步的数据解析,而费米实验室则太早将数据的解读分析进行发布。

  接着,吉利斯认为欧洲大型强子对撞机(LHC)的实验成果会在今年夏天进行公布,同时也暗示说:LHC取得的数据和费米实验室公布的数据有些不同之处,这些不同之处也使得LHC的科学家们更有信心用更加有说服力的证据证明上帝粒子是存在的。
 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-7-25 07:43 | 显示全部楼层
物理学家从LHC数据中发现希格斯玻色子可能信号
2011年7月23日

       希格斯玻色子是标准模型中预言的粒子,它是赋予质量的基本粒子,又名“上帝粒子”。希格斯玻色子是欧洲粒子物理研究所大强子对撞子(LHC)和费米实验室Tevatron加速器孜孜不倦追求的目标。
在法国Grenoble举行的高能物理学欧洲会议上,LHC的ATLAS和CMS探测器研究人员宣布发现了不同寻常的信号,虽然信号很微弱,但它有可能来自希格斯玻色子。目前为止还无人敢断言发现了上帝粒子。ATLAS和CMS探测器探测的是不同的能量范围,它们得出的部分结果与Tevatron加速器遥相呼应,希格斯玻色子的质量范围已经排除了155到190 GeV,以及295到450 GeV两个能量范围。两个探测器在130到150 GeV范围内都观察到了excess of evens,与预测相吻合。研究人员表示他们将在未来几个月对其展开进一步研究,
 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-7-26 09:02 | 显示全部楼层
60个疑似上帝粒子连环出现 或揭开万物质量之源

2011年07月25日 09:33   来源:科学网-kexue.com

  科学网(kexue.com)讯 北京时间7月25日消息,上帝粒子能够揭示物质为何拥有质量以及宇宙中为何存在引力,寻找这一粒子成为很多科学家的梦想。但一直以来,“上帝粒子”在科学界是最难以捉摸的物质之一。不过日前,欧洲科学家表示,可能找到约60个上帝粒子。

  “上帝粒子”希格斯玻色子被视为万物的质量之源,但它也是最难以捉摸的粒子,科学家此前从未发现其存在的证据,因此此前仅停留在理论层面。欧洲核子研究中心(CERN)的科学家上周五表示,欧洲大型强子对撞机(LHC)在质子互相撞击的过程中,可能找到约60个上帝粒子,令科学界大为振奋。

  用作模拟宇宙大爆炸的“末日机器”LHC,位于法国与瑞士边境的地底,它的两个实验区域Atlas和CMS以接近光速对撞超过180万亿个质子,从爆炸生成的粒子碎片和量子波动中,各自发现约30个疑似上帝粒子,其质量都是约143十亿电子伏特(GeV)。同时,这些对撞也排除其它上帝粒子出现的“质量范围”。

  此外,据科学网(kexue.com)得到的最新消息,位于美国芝加哥附近的Tevatron粒子加速器也传来好消息,它早前从对撞中发现,在142至148GeV之间出现“大量粒子”,而它们与LHC发现的粒子相似。而这一切如果属实的话,人类或许可能改变对这个世界的认知。

 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-8-23 15:13 | 显示全部楼层
科学家称并未找到上帝粒子:一年内确定存在可能 2011年08月23日 08:32  新浪科技
 
 自上一次疑似探测结果发布以后,探测器又收集了几乎比当时的数据总和多两倍的新数据,根据新的数据分析,上次出现的疑似信号可能性似乎正在消减




大型强子对撞机上的“紧凑渺子线圈”(CMS)探测装置
  新浪科技讯 北京时间8月23日消息,欧洲大型强子对撞机(LHC)的科学家们表示,之前他们发现的疑似希格斯-波色子信号现在看来正在消减。
  在本周于印度召开的一次物理学大会上,研究人员们报告了他们的这一最新进展。他们现在已经排除了部分能级范围,从而将可能发现这种神秘“上帝粒子”的范围限制在了一个特定的区域内。他们接下来将对排除区域外更低能级范围以及更高能级范围进行排查。
  然而,要在接下来这些能级区域中搜寻希格斯-波色子信号的难度将比以往大大增加。不过,LHC的研究人员们仍然坚信他们能够在明年年底之前找到这种神秘粒子,或者排除它存在的可能性。
  “这是粒子物理学令人兴奋的时刻,”赛吉欧·贝特罗西(Sergio Bertolucci)说,他是欧洲核研究组织(CERN)的研究主管,该组织负责LHC大型设备的运行。他说:“我们几乎可以确定在未来12个月内将会得到重要的发现。如果希格斯粒子真的存在,LHC设备将很快找到它,如果它不存在,我们也将很快证实这一点并找到新的方向。”
  希格斯粒子最早于1964年被物理学家们提出来用以解释为何亚原子粒子拥有质量。它是物理学标准模型中迄今唯一一种仍然没有被找到的粒子。而寻找这种粒子也正是当初各国合作花费巨资修建大型强子对撞机的初衷。
  这台巨型的粒子对撞机长27公里,设置于瑞士和法国边境地区的地下。它能将辆束质子流以极高的速度迎面相撞。在撞击区域附近科学家们布置了大型的高灵敏探测设备用以探测在撞击中是否出现了新种类的亚原子粒子。
  上个月,科学家们在于法国格里诺布(Grenoble)召开的欧洲物理学会议上报告称他们在撞击的数据分析中发现了一些有趣的结果。这些数据显示在撞击区域出现了一些不寻常的异常“峰值”,而这些区域正是理论预计希格斯粒子最有可能出现的位置。其中最突出的一个异常点位于140~145吉电子伏特附近。
  据法比奥·基诺提(Fabio Ginotti)说,自这一结果发布以后,探测器又收集了几乎比当时的数据总和多两倍的新数据。法比奥是“阿特拉斯小组”(Atlas Collaboration)的发言人,这个小组是致力于搜寻希格斯粒子的几个小组之一。他说:“得益于LHC的卓越表现,我们在上个月已经获取海量数据。这将使我们在标准模型研究以及搜寻希格斯和其它粒子方面取得重大的进展。”
  而另一个小组紧凑渺子线圈设备(CMS)的发言人奎多·托纳利(Guido Tonelli)也表示,大型强子对撞机的表现是“惊人的”。他说:“不管最终希格斯粒子的命运如何,对于所有致力于搜寻工作的人们而言,这是个美妙的时刻。”
  现在根据最新的,即将提交在印度孟买举行的轻粒子和质子会议讨论的评估结果,认为当初出现的疑似信号正在消减,因此之前那种认为“可能已经发现上帝粒子”的估计可能是过于乐观的。
  在粒子物理学研究中,这样的反复是常有的事,业内的物理学家们对此早已习以为常。但是时代不同,在现代这个传媒高度发达的时代,任何进展都会被置于闪光灯下无限放大。因此不管是前进或后退,任何一点风吹草动都会吸引大批媒体记者的关注。
  那么接下来该怎么办呢?根据欧洲核子研究组织公共关系主管詹姆斯·吉勒斯(James Gilles)的说法,现在才是真正的工作开始的时候。 “在一些能级区域,希格斯粒子比较容易被观察到,在这些区域我们能比较迅速的确认或排除它们在这些区域的存在。”他说:“而现在的情况是我们必须面对其它一些比较困难的区域,在这些区域,我们识别并剔除背景干扰信号的难度要大得多。”
  根据目前已经排除的区间,我们基本可以推断,如果希格斯粒子果真存在,那么它可能是一种轻粒子,质量低于145吉电子伏特,或者就是一种超重的粒子,质量高于466吉电子伏特。不过在这个范围之间还有几个“孤岛”区域尚未排除,主要集中在250吉电子伏特附近。根据欧洲核子研究中心的说法,阿特拉斯小组和紧凑渺子线圈小组已经在145~466吉电子伏特区间以95%的置信度排除了大部分的存在可能性。
  对于大型强子对撞机的科研人员而言,接下来很快就将进行见分晓的“最终战役”。但是即便这场最终之战也将至少耗费他们数月的时间才能得到结果。(晨风)

 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-8-23 15:36 | 显示全部楼层
希格斯玻色子搜索范围缩小
2011年8月23日


  CERN的新闻稿宣布LHC的最新实验结果排除了更多希格斯玻色子的可能质量范围。

  印度孟买所举行的Lepton-photon会议上,LHC两大实验ATLAS及CMS公布了最新的寻找Higgs的结果。根据最新结果,目前依旧没有观察到希格斯玻色子,不过可以排除更多可能的质量范围。目前LHC已经排除了145-466 GeV/c^2质量范围。在七月的会议上,ATLAS和CMS都在120-140GeV附近看到了可能的信号。随着数据的累积,在年底前LHC至少可以排除更多可能的质量范围。

 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-8-31 08:18 | 显示全部楼层
大型强子对撞机实验未找到超对称粒子
2011年08月31日07:35   腾讯科技

    [导读]大型强子对撞机(LHC)的试验结果似乎已经将亚原子粒子理论中的一种最简单版本:超对称理论排除。

      研究人员在试验中未能找到所谓的“超对称”粒子。日本粒子物理学家宮沢弘成最早于1966年首次提出超对称理论,当时是为了补充标准模型中的一些漏洞。它描述了费米子和玻色子之间的对称性,认为每种费米子都应有一种玻色子与之配对,反之亦然。一旦被证实,它将有助于统一自然界的基本作用力,并帮助解释宇宙中存在的暗物质问题。

      而现在,从事这项工作的物理学家们告诉BBC记者说,物理学界今后可能需要重新构建一套全新的理论。有关的数据已经被提交正在印度孟买举行的国际轻子和光子国际会议。

     这项实验是在LHCb设备上进行的,这一设备是安装在瑞士-法国边境的欧洲核子研究中心(CERN)的这台大型对撞机环路中的4台大型探测设备之一。英国利物浦大学的塔拉·希尔斯(Tara Shears)博士是这一设备工作组的发言人,他说:“实验的结果已经将超对称理论置于聚光灯下。”

      在实验中,物理学家们试图以前所未有的精度观察B介子的衰变情况。如果超对称粒子果真存在,那么B介子的衰变频率将要比它们不存在的情况下高得多。除此之外,如果超对称粒子存在,它们的物质和反物质版本粒子衰变时表现的差异也应当要更大一些。

       科学界渴盼了解这项实验的结果,尤其是在美国费米实验室质子—反质子对撞机(Tevatron)得到的结果似乎暗示B介子的衰变确实受到超对称粒子影响的结果之后,科学界就更加需要某种证实或澄清的结果出现。然而,在对数据进行深入分析之后,LHC的科研人员报告他们未能找到任何有关超对称粒子的蛛丝马迹。

      LHCb实验未能找到超对称粒子存在的间接证据,加上之前LHC的另外两台大型探测器也未能探测到超对称粒子的现实,事实上已经宣布了这种理论的死刑。

       超对称理论的最简单描述就是,除了我们所熟知的亚原子粒子,还存在超对称粒子,它们和常规的亚原子粒子非常相似,仅有一些细微的特征上的差异。这种理论将帮助我们解释为何宇宙中会存在远比我们能观察到的物质量多得多的“看不见”的物质,即暗物质。

      根据LHC实验工作组成员,伦敦帝国学院的约旦·纳什(Jordan Nash)教授的说法,实验进行至今,我们应当已经观察到一些超对称粒子的线索了。他说:“我们至今未能找到任何直接或间接的证据证明这一理论,这说明要么我们对这一理论的理解是不全面的,要么它的本质和我们所想还存在差异,再或者就是这种粒子根本就不存在”说出最后这句话时,纳什教授满脸失望。

        另外,这一消息的宣布时间对于这一理论的拥护者们而言也简直糟透了,他们正准备本周末在美国芝加哥附近的费米实验室召开超对称理论的年度国际会议。费米实验室的约瑟夫·林肯(Joseph Lykken),是此次会议的组织者之一,他说他和这一领域的其他专家对于这一结果感到“失望”,另外对于没有邀请他们参与这一实验项目感到失望。

       他说:“我们的讨论中掺杂了一些忧虑的情绪。”这种忧虑情绪简单来说就是:超对称理论可能从本质上来说就是错误的。他说:“这是一个优美的理论。它可以帮助我们解释暗物质的存在,它可以解释希格斯-波色子的存在,它可以解释宇宙的一些性质。但这一切并不能证明它就是正确的。有可能的情况是:这一理论的整个基本框架都存在严重的缺陷,我们将需要整个推倒重来,试着找出一个新的方向。

        在大型强子对撞机(LHC)设施工作的实验物理学家们,如纳什教授和他的同事们,正在将理论物理学家们逼向墙角,迫使他们重新思考他们之前的工作。

       纳什教授说:“在过去的20多年间,理论物理学家们一直是走在我们实验物理学家前面的。他们会提出一个理论,然后对我们说‘好了,现在你们去做实验看一下这个结果吧!’而这一次我们终于跑到了他们前头,现在轮到他们去抓耳挠腮了!”

       而紧张的还并不仅仅是研究超对称理论的理论物理学家。与之相似的理论还有很多,只是描述起来更加复杂一些,这些理论暂时还尚未被LHC实验设备排除。根据这些更加复杂的理论模型,这些“超粒子”的发现难度可能更大,或许需要数年时间才能得到结果。

      有趣的一幕是,当年和超对称理论同时代的一些“陈旧”的理论现在又再一次开始活跃,因为当年压制它们风头的超对称理论现在正面临危机。根据林肯教授的说法,一些年轻的理论物理学家已经开始尝试构建某种全新的理论,因为他们认为超对称理论已经“过时”了。

        他说:“年轻一辈的理论物理学家们其实非常希望超对称理论是错误的,这样就说明真相还没有被找到,他们就还有机会去找出这一真相,而不是只能面对老一辈物理学家们的成果。

      并且这些大胆的年轻人也得到了一些德高望重的老前辈的支持和鼓励。例如乔治·斯穆特(George Smoot)教授,他曾经因为他在宇宙微波背景辐射方面的工作而被授予诺贝尔奖,是目前全世界最受人尊敬的顶尖物理学家之一。他说:“超对称理论是一个极其优美的模型。它拥有对称,非常完美。在欧洲我们已经将其作为一种正确的理论教授了数十年,但是事实上确实并没有任何实验数据来支持它的观点。

PS:超对称粒子和上帝粒子(希格斯玻色子)是什么关系?
 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-9-21 14:16 | 显示全部楼层
欧洲多位科学家质疑上帝粒子存在性
2011年09月21日 08:05  新浪科技微博

     新浪科技讯 北京时间9月21日消息,据国外媒体报道,欧洲粒子物理研究所科学家近日表示,希格斯玻色子存在的可能性正逐渐减小,也许根本不存在希格斯玻色子。科学家们认为,如果能够排除希格斯玻色子存在的可能性,那也算是一个重大发现。这一发现将让人们重新审视对自然本质的看法。

  神秘的希格斯玻色子,也被称为“上帝粒子”,它是一种理论上的粒子,理论上预言其应介于120至140吉电子伏特之间。希格斯玻色子被认为是当今物理学理解的缺失环节。今年7月份,曾经有新闻报道称,欧洲大型强子对撞机探测到的数据表明希格斯玻色子的存在。然而,从那以后,实验中再也没有获得能够证实希格斯玻色子存在的信号。

  欧洲粒子物理研究所紧凑型μ子螺旋型磁谱仪项目组发言人吉多-托内利近日表示,“如果我们能够排除希格斯玻色子存在的可能性,那也算是一个重大发现,它将让我们重新审视对自然本质的看法。在这项研究中,我们应该有耐心。大型强子对撞机足够强大,我们有能力探索一个全新的领域。”

  欧洲粒子物理研究所发言人詹姆斯-吉利斯认为,“粒子物理学标准模型已经延续了四十年,但这是一个有缺陷的理论,其中有些问题需要弄清楚。以大型强子对撞机的探测能力,我们将研究究竟是什么产生了粒子质量,希格斯玻色子就理论之一。希格斯玻色子理论之所以最著名,只是因为它的数学优势。即使我们找不到希格斯玻色子,我们仍将会继续研究究竟是其他什么事物产生了质量。”

  如今,大型强子对撞机产生的数据比去年同期增加了一倍。在实验中,大型强子对撞机使用大型磁体将粒子加速到接近光速,这种实验能够再现宇宙大爆炸开始一瞬间的情景。英国物理学家彼得-希格斯提出的理论认为,就在这一瞬间,希格斯玻色子将质量赋予粒子。

  最初探测到的信号似乎表明,希格斯玻色子介于120至140吉电子伏特之间。这种短命粒子衰变后会形成一对其他亚原子粒子,这一过程所发生的“事件”是可以探测的。但是根据可能存在的统计波动,那些最初被认为是“存在”的信号可能并不存在。

  欧洲粒子物理研究所研究主管塞尔吉奥-贝尔托卢奇今年夏天曾经表示,“肯定会在未来12个月内取得发现。如果希格斯玻色子确实存在,那么大型强子对撞机将很快发现它。如果它根本不存在,它的不存在也将会把物理学引向新的方向。”

  大型强子对撞机CMS粒子探测仪项目中负责搜寻希格斯玻色子的物理学家维瓦克-沙尔玛近日表示,“希格斯玻色子如果存在,它应该在114到145吉电子伏特之间被捕获。如果它存在,它肯定属于这一范围。如果它不存在,到2011年12月时,它将成为众所周知的科学幻想。”也有一些项目组科学家认为,这一问题可能要到明年年底才有答案。但是,即使这种粒子无法找到,这种实验也将拓展人类的知识面。托内利认为,“我们已经到达了未知的边缘,从此将面对一个全新的物理学。”

  欧洲粒子物理研究所物理学家保罗-加哥纳昂表示,“希格斯玻色子到现在仍然是捉摸不定,没有人知道它究竟是何模样。如果希格斯玻色子存在,我们就知道如何去捕获它。问题是,随着希格斯玻色子的衰变,会相应发生许多事件,这就是所谓的背景,因此很难捕捉到它。我们需要建立特殊的过滤器,将大量的背景光最小化。”

  然而,经过数个月的实验后,科学家们仍然未能从背景中捕获到什么。加哥纳昂表示,“没有希格斯玻色子其实就是最好的希格斯玻色子。关于希格斯玻色子,我们已经说得很多,现在我们最好是能够发现它。如果我们无法发现它,怎么办?事实上,那也是一个伟大的发现。”(彬彬)

 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-10-11 12:47 | 显示全部楼层
CERN:上帝粒子能否发现2012年见分晓
2011年10月11日 08:24  新浪科技微博

  欧洲核子研究组织(CERN)秘书长罗尔夫-霍伊尔表示,研究小组将在2012年确定神秘的上帝粒子是否真的存在

几个研究小组齐心协力,利用不同的粒子探测器寻找短命而难以捉摸的希格斯玻色子

  瑞士CERN的一个巨型超导磁铁,用于加速导入大型强子对撞机的质子。质子束将以接近光速的速度发
生相撞

一名科学家看到紧凑型缪子螺线管探测器(CMS)分析结果后的反应


  新浪科技讯 北京时间10月11日消息,据国外媒体报道,日内瓦欧洲核子研究组织(以下简称CERN)秘书长罗尔夫-霍伊尔表示,如果确实存在的话,科学家将在未来12个月发现他们长期寻找的希格斯玻色子,也就是所谓的“上帝粒子”。

  根据最近传出的消息,粒子在大型强子对撞机中突破光速,来自CERN、美国费米实验室以及日本高能物理研究所(以下简称KEK)的3位科学家对此表示怀疑。这3位科学家分别是CERN秘书长霍伊尔、KEK的铃木厚人以及费米实验室的皮尔-奥多尼。霍伊尔指出:“我认为我们将在下一年证实希格斯玻色子是否真的存在。”CERN的强子对撞机成为搜寻上帝粒子的关键所在。铃木厚人和奥多尼也持这种观点。在运转了26年之后,费米实验室于上周末关闭其一万亿电子伏加速器。这个加速器也用于在数十亿次粒子撞击产生的碎片中寻找上帝粒子。

  在CERN,著名物理学家展开为期3天的讨论,讨论是否将加速器用于搜寻上帝粒子,以作为大型强子对撞机的补充或者取代对撞机。在此之后,这3位科学家参加了一场联合记者招待会。奥多尼表示,对万亿电子伏加速器获取的数据将进行几个月的分析,分析结果能够揭示出上帝粒子不会隐藏在什么地方。在近10年时间里,万亿电子伏加速器一直是寻找上帝粒子的领导者。

  大约40年前,科学家提出存在上帝粒子的假设。据信,这种粒子在137亿年前大爆炸之后赋予宇宙万物质量。7月的报告显示,上帝粒子可能通过分析强子对撞机获取的数据最终被科学家发现,这种粒子的质量可能在120到140 GeV之间。但根据随后对撞机实验获得的新统计数据进行分析,这些信号的决定性越来越低。

  紧凑型缪子螺线管探测器项目发言人奎多-托内利9月表示,如果大型强子对撞机排除希格斯玻色子存在的可能性,这同样是一个重大发现。CERN詹姆斯-吉列斯发言人指出,上帝粒子并不是解释宇宙谜团的唯一选择。他在接受英国媒体采访时说:“粒子物理学的标准模型存在了40年。但这是一个存在缺陷的理论,其中的一些东西濒于崩溃。借助于大型强子对撞机,我们正对粒子如何获得质量进行研究。希格斯玻色子只是其中一个理论。希格斯玻色子之所以最受欢迎的原因在于数学方面的吸引力。如果我们无法发现希格斯玻色子,我们将寻找其他任何可赋予物质质量的东西。”

  大型强子对撞机当前产生的数据是2010年同一时间的两倍。借助于巨型磁铁加速粒子,粒子能够以接近光速的速度发生相撞。粒子撞击将产生大爆炸后瞬间的宇宙形态。按照英国物理学家彼得-希格斯的理论,当时的希格斯玻色子赋予粒子质量。

  目前,几个研究小组正齐心协力,利用不同的粒子探测器寻找短命而难以捉摸的希格斯玻色子。大型强子对撞机利用环形隧道让质子束以接近光速的速度发生相撞,形成数十亿次“微型大爆炸”。即使没有发现这种难以捉摸的粒子,对撞机实验也会进一步扩展人类的学识。无法找到希格斯玻色子说明物理学的标准模型存在缺陷,自上世纪70年代以来,这一模型便被普遍接受,用于解释物质质量的来源。托内利在2011年初指出:“我们已经走到一个未知领域的边缘。从现在起,物理学研究将呈现出全新的面貌。”(孝文)

 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-10-25 09:44 | 显示全部楼层
大型强子对撞机实验结果可能颠覆标准模型
2011年10月25日  新浪科技微博



      新浪科技讯 北京时间10月25日消息,据美国《连线》杂志报道,欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)可能已经发现了出乎物理学标准模型之外的崭新实验证据。大型强子对撞机上安装的“紧凑型缪子线圈”探测设备(CMS)获取的数据显示一种名为“轻子”的基本粒子在实验中显示很高的几率以三个一组被创造出来,这是一种名为“超对称”的理论所预言的结果。

  这项发现在10月19日的LHC会议上进行了通报,并且引起了该领域一些专家的兴趣。

  物理学家马特·斯特塞勒(Matt Strassler)在自己的博客中写道:“很显然,这是需要在接下来数月内进行严密监视的部分。”这是因为这种“三轻子”信号有时候被物理学家们称作揭示超对称理论的“黄金通道”。这是一种理论模型,认为所有已知的亚原子粒子都应当存在着比它们质量更大的“伙伴”粒子,并试图以此来克服标准模型中无法克服的一些困难。

  尽管很多属于轻子范畴的粒子名字古怪,如μ子和τ子等,但其中最为人们所熟悉的轻子还是电子。在大型强子对撞机中进行的质子-质子对撞实验中,产生单个这种轻子粒子的事件相对罕见,而一次产生两个或三个则较为常见。根据超对称理论,可以预料产生三粒子对的几率较高,这样的实验结果似乎恰好印证了超对称理论的预言。

  不过对三轻子粒子对的探测工作是极其困难的。大型强子对撞机一次实验中产生的数据是海量的,进行这样的工作有点类似于大海捞针,非常微妙,很容易被涌来的数据淹没。正因为如此,CMS科学小组对于此事的态度谨慎,他们表示所有他们所观测到的数据均符合背景预期,目前尚未发现将引向新的物理学领域的确定性的进展。

  德国卡尔斯鲁厄技术学院的物理学家费德罗·拉特尼科夫(Fedor Ratnikov)在一份向大会提交的电子邮件中写道:“我们已经全力以赴,采用各种可能的方法相互印证,试图借助它们得到一个高置信度的结果。但是在宣布和标准模型不符的结论之前,我们还需要进行更多的反复验证工作。”

  除了超对称之外的其它过程也可能导致出现三轻子对结果的出现。但如果这样的结果持续出现,或者另一台实验设备“超导环场探测器”(ATLAS)得到相同的结果,那么事情就将变得有趣起来。(晨风)

 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-10-31 21:49 | 显示全部楼层
科学: 研究人员相信2012年底将确定上帝粒子是否存在
2011年10月31日

     欧洲粒子物理研究所(CERN)的大强子对撞机(LHC)在10月30日结束了寻找希格斯玻色子的质子对撞实验,本年度搜寻上帝粒子之路将划上句号。但物理学家相信,对撞将产生足够的数据,使他们能在2012年底决定上帝粒子是否存在。LHC CMS实验发言人Guido Tonelli说,他们正进入寻找希格斯粒子的丰收之年。粒子理论物理学家Adam Falkowski则说,如果找到希格斯玻色子,那么标准模型就没有什么需要理论学家修改的地方;如果没有找到,那时候新的世界大门将会敞开。
QGP! 发表于 2011-10-31 22:54 | 显示全部楼层
本帖最后由 QGP! 于 2011-10-31 22:59 编辑
hkhtg090201 发表于 2011-8-31 08:18
大型强子对撞机实验未找到超对称粒子
2011年08月31日07:35   腾讯科技

这个所谓的上帝的粒子也就是 higgs粒子是标准模型的一部分,在标准模型里面是产生质量的标量场.
超对称粒子是属于标准模型之外的延展.但是超对称用于标准模型的确和higgs粒子有关系.因为对于higgs粒子,更确切地说是对于这样一个标量场,如果考虑到圈修正(也就是通过与标准模型中的其它粒子场的虚作用)会导致质量严重的发散.如果要和实验结果一致需要做手动微调.超对称的引入就是使得这些虚修正能够相消(这个解释是比较直接的).更一般的看,对于规范粒子(胶子,光子等)由于有规范对称性可以限制这种发散.对于费米子(比如电子,夸克等)在手征对称性也可以限制.引入超对称后,与higgs构成超对称的superpartner是费米子,可以有手征对称保护.而由于超对称而使得higgs标量粒子避免严重的发散.
当然这不是唯一的避免方案,还有little higgs(引入一个额外的对称性)和technicolor(把higgs看成pion那样的复合标量场).也许还有其它的
如果在mssm中,从质量上讲最可能先被找到的超对称粒子应该是stop squark(也就是标准模型中top夸克的superpartner),因为这个是最轻的超对称粒子

点评

谢谢!  发表于 2011-11-1 10:59
 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-11-2 09:34 | 显示全部楼层
欧洲大型强子对撞机完成今年质子对撞运行
2011年11月01日   新华网

  新华网日内瓦10月31日电(记者杨京德 刘洋) 欧洲核子研究中心31日宣布,该机构的大型强子对撞机于当地时间30日17时15分结束了今年的质子对撞运行。今年该设施共计运行约180天,完成400万亿次质子对撞。

  欧洲核子研究中心在31日发布的新闻公报中介绍说,大型强子对撞机已经连续第二年超额完成质子对撞运行任务,为该机构的两项大型实验提供越来越多的实验数据。

  欧洲核子研究中心加速器及技术负责人史蒂夫·迈尔斯说,经过今年的运行,大型强子对撞机已能达到持续常态工作所应有的运行速度。具体来说,目前质子对撞实验数据的产生速度是2010年运行第一阶段的400万倍,是2011年年初时的30倍。
  公报说,2011年质子对撞实验数据研究的主要成果包括,进一步缩小了希格斯玻色子和超对称粒子的搜寻范围,更加严格地检验粒子物理学的“标准模型”,加深人类对原始宇宙的认识。在接下来的一段时间,欧洲核子研究中心的科研人员将进一步分析2011年以来获得的全部实验数据。

  完成今年的质子对撞任务后,大型强子对撞机将进行4个星期的铅离子运行,并用质子与铅离子对撞。实验若成功,将为大型强子对撞机的运行开辟新模式——用质子探测铅离子内部结构。这一实验结果对欧洲核子研究中心的铅离子计划(PS:?)至关重要。

QGP! 发表于 2011-11-2 11:00 | 显示全部楼层
本帖最后由 QGP! 于 2011-11-2 12:50 编辑
hkhtg090201 发表于 2011-11-2 09:34
欧洲大型强子对撞机完成今年质子对撞运行
2011年11月01日   新华网

你可以去下载lhc各个探测器的任务计划,里面会详细介绍
lhc除了寻找higgs;还要做其它的一些列精确测量实验,比如重味物理(LHCb)中的cp破坏(好像就是ckm参数角),rare B衰变;相对论重离子实验(比如pb-pb对撞产生qgp-guark gluon plasma);spin physics相关(这个和qgp都是之前rhic也作的实验方向);还有新物理(也就是寻找超对称粒子,额外维之类),研大量产生top 夸克(这个和新物理也有关系---之前发现top 夸克其实还不能真正好的研究,因为事例太少了,只是证明其存在,现在在lhc上能量足够高,可以大量产生top 夸克)...
简单的说:
1. 强子-强子试验(pp)
2.强子-重离子实验
3.重离子-重离子实验(研究新的物质相)
(其它...)
各种试验之间还有对比,比如2和3 之间就可以对比末态jet的quenching差异
-------------------------------------------
如果把强子(其实就是质子/反质子--中子不带电)比喻成原子,那么重离子就是由质子这样的核子组成的物质(类比过去就是分子)
lhc作的就是:
原子碰原子(看原子内更细致的结构--所谓的新物理就是这块)
原子碰分子(看分子的结构,还有原子相互作用)
分子碰分子(看分子被压缩高密,高温下的物态--可以用来帮助理解宇宙早期)
-----------其实新物理除了超对称,额外维还有很多杂七杂八的,比如第四代的轻子,新的规范玻色子(可能引导新的相, 互作用)
新物理的理论研究比较多了,做了理论预言,lhc要做的是在它所在的能标去发现这些可能的信号(有了wilson的重整化群的办法和这些年发展起来的各种有效场论的办法),即便lhc本身达不到这些新粒子的能标,也可以检验新物理存在对现有试验结果的修正,所以一些传统的试验验证也会继续下去(lhc有精确测量的目标),目标就是试图看是不是有对标准模型预言的偏离(这是在直接发现之外的间接手段)


点评

相对论性重离子碰撞产生的QGP密度还略小于核密度,并非压缩,但是温度非常高。  发表于 2011-11-15 16:13
tiengulden 发表于 2011-11-15 15:58 | 显示全部楼层
看起来还真得儿在小行星带建设加速器才能够撞出些新玩意
QGP! 发表于 2011-11-15 19:18 | 显示全部楼层
本帖最后由 QGP! 于 2011-11-15 19:28 编辑
QGP! 发表于 2011-11-2 11:00
你可以去下载lhc各个探测器的任务计划,里面会详细介绍
lhc除了寻找higgs;还要做其它的一些列精确测量实验 ...

产生qgp的地方不止是相对论重离子对撞,只不过是人类可以操作的一种方法.(高密度下,在适当的重子数下也可能产生qgp,这个是目前相图支持的)
而且其实相对论重离子对撞并不仅仅是研究产生qgp,只不过目前预言的物质相在这个条件下是qgp.
至于qgp产生的密度到底是多少,其实是一个有争议的问题.因为目前能测得支持产生qgp的证据都不能完全确定qgp的准确产生时间(如果把parton硬散射作为初始点),只能做粗略估计,而且往往是model-dependent的.( qgp相变区其实还是非微扰的,严格计算很困难,基于pQCD的计算都是假定大动量转移,并不是加速器-比如RHIC产生的实际标度,而且QGP的强耦合也是实验支持的--实验发现的最理想流体而非理想气体.唯一能严格处理强耦合qcd的格点目前无法处理实时过程.其实这里面还有一个问题,就是所谓pre-equilibrium和thermalization.这是在parton硬散射到qgp相变之间的过程)LHC可以到更高的标度和温度.
实验上确定初条件-比如温度,是依靠末态热光子谱判断的,但是这个标度不见得是qgp产生的标度.
对于无重子数的情况(能量超过stop power),的确是可以是密度小.但密度大的时候,仍然可能产生qgp.
 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-11-22 10:53 | 显示全部楼层
希格斯玻色子范围收窄,搜寻进入最后阶段 2011年11月21日
    四十年来,希格斯玻色子仍停留在理论阶段。但不久之后,对于希格斯玻色子是否存在科学家将会心中有数。《自然》报导说新分析进一步缩小了希格斯的范围。LHC秋季实验收集的数据将足以显示希格斯玻色子的微弱信号。物理学家希望到年底完成数据的分析,即使他们没有找到也并不意味着故事结束。没有希格斯,物理学家将需要提出新的理论。



 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-12-13 21:52 | 显示全部楼层
欧洲科学家称一年内确定是否存在上帝粒子
2011年12月13日 08:08  新浪科技微博
       希格斯-玻色子是否存在,要等到2012年才有答案。

 新浪科技讯 北京时间12月13日消息,在近日于日内瓦举行的科学研讨会上,欧洲大型强子对撞机研究团队将报告他们对所谓的“上帝粒子”希格斯-玻色子探索的进展。科学家们对此充满期待,他们普遍看好研究团队能够于本周二拿出发现希格斯-玻色子存在的证据。不过,欧洲粒子物理研究所主任认为,现在的报告并非最后确定的结论。希格斯-玻色子是否存在,需要等到2012年才有答案。

  希格斯-玻色子是人类理解宇宙的关键,此前在实验中从来没有探测到这种神秘粒子的存在。欧洲大型强子对撞机此前也没有记录到足够的证据,因此也无法形成正式的发现报告。希格斯-玻色子是欧洲大型强子对撞机的重要探索目标之一。欧洲大型强子对撞机Atlas和CMS两项实验分别独立地探测希格斯-玻色子。

  近期,负责大型强子对撞机运行的欧洲粒子物理研究所科学家们对研究进展充满兴奋,因为有迹象表明他们已经接近发现神秘的希格斯-玻色子。Atlas实验资深科学家克里斯多夫-兰伯塞尔表示,“这是一个奇妙的时刻,你能够感受到大家的热情。”英国曼彻斯特大学科学家斯特凡-兰伯尔德将大型强子对撞机的发现成果定性为“意外”,“一年内,我们将能够知道希格斯-玻色子是否存在,但是现在它不可能作为圣诞演出的主角。发现希格斯-玻色子当然是一项伟大的发现,不过如果最终发现它并没有存在于理论预测的地方,那则是一项更伟大的发现。”

  现有理论认为,希格斯-玻色子是一种基本粒子,是宇宙基本构件之一;它也是粒子物理学理论标准模型缺少的最后篇章。希格斯-玻色子能够解释为什么其他粒子拥有质量。宇宙大爆炸后开始冷却,一种被称为“希格斯场”的不可见力量及与其相关的玻色子一起形成。希格斯场赋予这种基本粒子以质量,从而形成原子。如果没有希格斯场,这些粒子将在宇宙中以光速到处飞行。

  希格斯场的工作方式好比是摄影师和记者在围追一位明星。周围聚集的人群被明星强烈吸引,从而对明星在该空间内的活动形成阻碍。换句话说,是周围的人群赋予了明星的“质量”。

  英国利物浦大学粒子物理学家塔拉-谢尔斯表示,“对于希格斯-玻色子,我们总是说用它来解释质量的来源。事实上,它真正的重要性体现在我们需要它来感知宇宙。发现希格斯-玻色子,将能够证实我们现在对宇宙的理解方式是正确的。”

  最近一周多来,关于发现希格斯-玻色子的传言很多。有的物理博客称,Atlas和CMS两项实验已经在125吉电子伏特级上发现了希格斯-玻色子存在的迹象,且确定性为2.5到3.5个标准差。这些数字只代表了科学家看到希格斯-玻色子的可能性程度,可能只是偶然结果,并不代表由真正的物理学现象形成的结果。即使这些数字在周二得到证实,这也不足以表明欧洲粒子物理研究所能够得出确切结论。3个标准差代表“观测”,而5个标准差才被认为是“宣称取得发现的开始”。

  事实上,欧洲粒子物理研究所主任罗尔夫-迪特尔-霍耶尔也承认,即使发表声明,也不是最后确定的结论。如果Atlas和CMS两项实验分别独立地在同一位置发现同一个信号,那将可能是一个真正的诱惑。然而,在公开场合,负责任的科学家应该这样说,确切的“是”或“否”都必须要等到2012年才能有答案。(彬彬)

 楼主| hkhtg090201 发表于 2011-12-15 07:49 | 显示全部楼层
未来很可能发现上帝粒子解释宇宙初创之谜
2011年12月14日  法制晚报微博
  据英国《每日邮报》报道,人类距离了解宇宙诞生之谜又迈进一大步。欧洲核子中心(CERN)昨日公布来自大型强子对撞机(LHC)的重要数据,显示有“上帝粒子”之称的希格斯玻色子存在的强有力证据。

  中国社科院专家上午接受法晚记者采访时称,这一数据就好似我们用收音机收到了“上帝粒子”的信号,未来一年之内,将很有可能发现这一粒子,解释宇宙初创之谜。

  研究

  找到峰值 证明“上帝粒子”存在

  在欧洲核子研究中心大型强子对撞机工作的科学家分别以两个独立的实验寻找希格斯玻色子,这两个实验分别称为Atlas和CMS。

  在欧洲核子研究中心13日的一次研讨会上,两个实验小组的负责人宣布,他们分别在几乎相同的124GeV-125GeV的位置,也就是相当于130倍质子质量的位置上看到了数据“峰值”。一些专家称,这是“上帝粒子”存在的强有力证据。

  专家介绍

  高杰:中国社科院高能物理研究所研究员,粒子物理专家,2010年被任命为亚洲直线对撞机指导委员会主席

  解读

  好似收音机搜到了“上帝粒子”的信号

  法制晚报(以下简称FW):“上帝粒子”是什么?它的重要性在哪儿?

  高杰:希格斯玻色子是62个基本粒子中,迄今唯一没有被发现,而且最为重要的粒子。宇宙大爆炸后开始冷却,一种被称为“希格斯场”的不可见力量形成,无数的希格斯玻色子在“场”中减慢了其他粒子飞行,就像苍蝇被蜜糖附住一样,并使它们获得质量。

  也就是说,如果没有希格斯场,这些粒子将在宇宙中以光速到处飞行,行星也无法形成。


  FW:欧洲核子中心提到的证明“上帝粒子”确实存在的重要进展是什么?他们所提到的“峰值”是什么意思?

  高杰:简单地理解峰值,可以将质子对撞后希格斯玻色子的能量比喻成电台发出的信号,我们假定它的频率是103.8。长期以来,科学家们一直在用收音机搜索这个信号,或许在90到200之间,但是都是杂音,而今天,突然在103.8这个频率上搜索到了清晰的信号,相当于证实了我们之前的猜测,这个103.8就是峰值。可以证明希格斯玻色子确实存在。

  FW:那么现在可以说我们已经发现“上帝粒子”了吗?

  高杰:还不能这么说。因为我们现在只是测量到这个峰值,只能给出一个继续实验的更加精确的范围。在未来一年内,只需要在这个范围内继续让质子对撞,继续搜索,就可以找到这个“上帝粒子”

  落点

  中国专家期待

  5年内研究新粒子

  FW:您作为亚洲直线对撞机指导委员会主席,现在这个实验对未来的研究起到什么作用?

  高杰:欧洲核子中心的大型强子对撞机进行的是“发现”实验,即发现“上帝粒子”的存在,之后计划将建造一个更大的对撞机——国际直线对撞机。它将在发现“上帝粒子”后,接替强子对撞击精细地测量新粒子的特性,了解宇宙物质的基本结构。

  我很期待5年内能够启动国际直线对撞机,到那时,将有更多来自中国的专家参与到这项研究中来,为中国其它需要相关技术的加速器建造奠定坚实的技术基础。

  多知道点儿

  我们为什么要寻它千百度?大部分物理学家认为要找到和理论完全吻合的希格斯玻色子几乎不可能。

  如果将来证实希格斯玻色子确实不存在,世界到底是由什么组成的这个概念就要被颠覆了,这将彻底改变我们的宇宙观,大爆炸那个说法可能也不一定对。本版文/记者 郭悦
yy1129 发表于 2011-12-23 14:47 | 显示全部楼层
欧洲大型强子对撞机撞出新粒子
    新华社伦敦12月22日电(记者黄堃)英国伯明翰大学22日发布公告说,该校研究人员在对欧洲大型强子对撞机最近获得的实验数据进行分析时发现了名为Chi-b(3P)的新粒子存在的证据,这有助于完善基础物理理论体系和继续寻找广受关注的希格斯玻色子。
    公报说,该校研究人员参与了欧洲大型强子对撞机的ATLAS实验,这是大型强子对撞机的几个主要实验之一。
    新发现的这个粒子和著名的希格斯玻色子一样,都属于粒子物理学中的玻色子类别。不同的是,希格斯玻色子不能分解成更小的粒子,而这个新粒子由一个底夸克和它的反夸克组成。过去曾有理论预测这个粒子的存在,但一直没有在实验中发现它。
    伯明翰大学的安迪·克里泽姆说,在欧洲大型强子对撞机中发生着数十亿次的粒子碰撞,由此产生的大量观测数据中埋藏着许多线索,这次他们是在“正确的时间关注了正确的地方”,才幸运地发现了这个粒子。
    欧洲大型强子对撞机近来不断传出好消息,前些天刚刚宣布发现了可能是希格斯玻色子的迹象。希格斯玻色子是物理学基本粒子“标准模型”理论中唯一尚未通过实验证实的基本粒子,因其重要性常被称为“上帝粒子”。研究人员认为,本次发现的新粒子有助于完善相关理论体系,帮助继续寻找希格斯玻色子
 楼主| hkhtg090201 发表于 2012-2-3 18:07 | 显示全部楼层
2012年或为物理学突破年
2012年02月03日 14:51  南方周末

  作者: 李淼

  在过去的16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,但是这个状态在2012年很可能被打破。

  年末的“谣言”

  在2011年行将过去时,物理学界又来了一波新闻冲击。这次当然是来自一直被媒体和普通人关注的欧洲大型强子对撞机(LHC),在这个对撞机上一直工作的四个探测器中的两个在12月13日举行联合学术报告,对同行和媒体透露他们对最新数据作出的最新分析结果。

  在举行联合学术报告之前十天,网上已经疯传探测器ATLAS和探测器CMS的结果,这次的结果与寻找希格斯粒子即所谓上帝粒子有关。同行们对谣言的反应各色各样,有的相信,有的不信,有的说要持谨慎态度,有的说粒子物理学已经获得突破,有些人甚至在网上吵了起来。我一直是个乐观的人,倾向于相信大型强子对撞机终于俘获到了希格斯粒子作案后留下的一点痕迹。

这一次,希格斯粒子就像小偷一样一晃而过,留下了一些痕迹,特别是两个光子事件和四个轻子事件  不论信和不信,为什么大家如此兴奋?原因是,自从粒子物理学家80年前开始用对撞机这类大型玩具寻找各种粒子以来,这是第一个与众不同的粒子。这个粒子与众不同到什么程度?参见相关文章《为什么希格斯粒子这么特殊?》。另外,1995年粒子物理学家发现了顶夸克,在那之后,已经有16年没有发现任何新粒子了。在过去的16年中,我们基本可以用郁闷这个词来形容粒子物理学家的集体状态,因为我们不仅没有发现任何新粒子,也没有太多的其他发现,例如没有发现任何新型相互作用——我们平常称为“力”的东西。

  著名物理新闻和科普网站“物理世界”(PhysicsWorld)在去年年终总结了物理学2011年十大进展,没有将大型强子对撞机找到希格斯粒子的证据包括进去。这可以理解,因为下面我们会说到,大型强子对撞机虽然看到了疑似希格斯粒子,还不算真正看到了。

  另一个大新闻

  2011年物理界还有一个重大新闻,同样与欧洲核子中心有关。位于意大利Gran Sasso国立地下实验室的中微子实验OPERA在9月22日宣布,他们测量到了中微子的速度超越了光速!OPERA接收到的中微子来自于欧洲核子中心,两地距离大约为730千米。

  这显然是一个比希格斯的发现更加重大的新闻,因为超光速是相对论和量子力学两个理论联合禁止的。如果中微子真的超光速了,那么整个物理学基础必须重新考虑了。因此,OPERA谨慎地说,他们已经考虑实验中各种可能出现错误的地方,但没有找到,无奈之下,只好将结果用学术论文的形式公布出来,让全世界物理同行来检查。这篇论文在网上出现后,已有一百多篇论文讨论中微子超光速问题。与希格斯粒子的证据一样,中微子超光速同样没有被“物理世界”列为物理学2011年十大进展。

  ATLAS的证据

  回到2011年12月13日。那一天欧洲时间下午,欧洲核子中心大型强子对撞机上的两个探测器研究组,ATLAS和CMS,举行了大家已经在谣言中期待了十天的报告,将他们对2011年一年的数据分析结果公之于众。

  说这两个研究组是组确实不恰当,因为每个组的人员都不少于三千人。感谢大型强子对撞机以及两个探测器ATLAS和CMS的高性能运行,感谢这两个组的研究人员夜以继日地工作,他们在极短的时间内分析了海量数据中含有的希格斯粒子的信息,终于在圣诞节前获得较强的希格斯粒子的证据:这个粒子的质量大约是125GeV左右,这里一个GeV是10亿电子伏特,一个质子的质量大约是一个GeV。

  ATLAS是英文A Toroidal LHC Apparatus(一台环形LHC仪器),这个名字看上去很普通,看上去更像是为了套用希腊神话中的大力神巨人的名字。ATLAS是目前世界上最大的探测器,长46米,高25米,重七千吨。在12月13日的联合报告中,ATLAS的领导人、意大利籍的Fabiola Gianotti先做报告,她的报告持续了近一小时,超过了预告的半小时。Gianotti看上去是一位很干练的女性,与我同年。她从1992年起就为ATLAS工作,那时这个探测器还没有影子,大家也只是做筹备工作。这个探测器3年前第一次启动,但不幸的是,大型强子对撞机在启动后很快坏了。维修了一年多,终于在两年前重新启动,到目前为止运行正常,而且是高性能地运转。终于,他们能够在12月给全世界带来令人兴奋的结果,ATLAS以99.9%的置信度看到了希格斯粒子的踪影。

  可是,在物理世界中,99.9%实在不算一个接近100%的数字。历史上,物理学家有很多次在这个置信度上看到了离奇的现象,过了一段时间后又消失了。所以,粒子物理学家在1995年发现顶夸克后制定了一个不成文的标准,宣布一个发现,实验的置信度必须至少是99.99994%,也就是说,发现是虚幻的可能只有不到千万分之六的可能。为什么是这个离奇的数字?因为根据统计学,这个数字相当于物理学家得到的信号超过所有可能的误差的5倍。

  CMS的证据

  2011年12月13日欧洲时间下午,我一直在网上看来自欧洲核子中心的视频直播,并将我获得的最重要的信息及时在微博上直播。ATLAS报告之后是CMS的报告。CMS是英语Compact Muon Solenoid缩写(紧致渺子螺管),是比ATLAS小的探测器,长21.5米,高15米。这台探测器虽然比ATLAS小,却重达一万两千多吨。探测器这么重原因是,需要强大的磁场是来弯曲高能带电粒子从而测量它们跑得多快,而产生强大的磁场需要很多铁。所以,这台探测器并不像名字显示的那样紧致。这台探测器的主要目的和ATLAS一样,是俘获希格斯粒子,同时寻找超出粒子物理标准模型的新物理原理,例如超对称。

  CMS领导人是Guido Tonelli,已经62岁了,与ATLAS的领导人Fabiola Gianotti一样来自意大利。他从2010年1月开始成为CMS发言人,领导着一个有三千六百人的团队。CMS看到希格斯粒子踪影的置信度稍低些,大约有99%的置信度,同样,在粒子物理学中这是一个不可信任的置信度。但CMS和ATLAS一样,在不同的地方看到了希格斯的踪影,这是为什么多数粒子物理学家相信他们看到了希格斯,而且相信他们将在今年确凿无疑地俘获希格斯。

ATLAS的领导人、意大利籍的Fabiola Gianotti在做发现希格斯粒子踪影的报告  到底有多靠谱

  就像在两个学术报告作出之前的十天内一些物理学家所做的那样,两个组的发言人在宣布这个激动人心结果的同时警告我们,希格斯粒子还不能说完全被发现了。

  在过去发生过很多不靠谱的事情,实验粒子物理学家们时不时地宣布发现了什么,让理论粒子物理学家们激动了几天,写了很多论文。不久,等积累了更多的数据,“发现”消失了。因此,不少理论粒子物理学家们都有了心理创伤,对置信度不“达标”的发现怀有警惕心理。

  现在,ATLAS的局部置信度是3.6个标准误差,CMS的局部置信度有2.6个标准误差,分别是99.95%和99%可信。这还没有包括人为的涨落效应。物理学家在做统计时,用一定的能量区间来做直方图,这个做法有时会人为地放大涨落。所以,更加可靠的统计分析是整体置信度。如果考虑整体置信度,两个组的结果都不到3个标准误差。而在过去就有3个标准误差的“发现”随着时间蒸发了。

  粒子物理学家用积分亮度来表示数据量,这相当于单位面积上发生了多少次粒子事件。2011年一年的数据到底有多少?用专业术语来说,每个组的积分亮度分别是5个飞靶倒数。用直观的比喻,大约是长2000米、宽100米、深1米的沙子数目。我们期待2012年两个实验组将毋庸置疑地发现上帝粒子,因为2012年的积分亮度将是2011年的4倍。如果上帝粒子的质量真的是125GeV,两个组都会获得5个标准误差的置信度。

  这一次,希格斯粒子就像小偷一样一晃而过,留下了一些痕迹,特别是两个光子事件和四个轻子事件。有位物理学家说,他在25年前建议要重视两个光子事件(希格斯衰变后留下两个光子),而ATLAS和CMS分别多花了三千万美元建了足够好的光子探测器,这次真的派上用场了。

  深层的对称性

  作为人所周知的“上帝粒子”,希格斯粒子除了带给其他基本粒子质量,还负责破坏更深层次的对称性,使得我们这个世界看上去不那么完美,却更丰富多彩。

  根据粒子物理标准模型,世界本来不止光子和胶子没有质量,传递弱相互作用的中间玻色子也没有质量。在物理学中流传一句话:“作用量决定动力学,对称性决定作用量。”这里,作用量是物理学中最重要的一个量,我们且不管它的数学定义。而对称性是我们熟悉的,例如,在真空中,没有特殊的点也没有特殊的方向,这对应于“平移不变性”和“转动不变性”,前者告诉我们真空中的任意两个点是平等的,后者告诉我们真空中所有方向是平等的。

  在这些直观可以感到的对称性之外,基本物理学中还有一些隐性的对称性,它们的存在使得光子和胶子没有质量从而产生了力。本来,弱作用也有一种对称性,对应的传递弱力的中间玻色子也没有质量。但是,希格斯粒子就像一个指针,它的存在破坏了这种对称性(就像我们在真空里放一个指针破坏了所有方向的平等性),在破坏这种对称性的同时赋予中间玻色子以质量。这样,中间玻色子在真空中就像胖子一样跑不远,所以弱作用是短程力。

  希格斯粒子还有一个特点,就是对真空的敏感性。真空其实不空,每时每刻,一些粒子在真空中瞬时出现,又瞬时消失。真空的这个特点叫量子涨落。希格斯粒子在破坏真空的对称性之后也“长胖了”,成为有质量的粒子,但是它的质量对瞬时产生和消失的粒子很敏感。理论家们计算后发现,其实希格斯粒子的自然质量要远远大于125GeV。如果希格斯粒子的质量远远大于125GeV,那么电子的质量和其他粒子的质量也应该很大,我们的世界就不会是目前这个样子。那么,是什么东西在冥冥之中保护了希格斯,让它不会吃得太胖?这是粒子物理学家数十年来一直疑惑的大问题。

  还有超对称

  有一个也存在了数十年的对称性可以帮助物理学家(从而帮助了整个世界!),这个对称性叫超对称。物理学家们用了超对称这个名字的原因是,这种对称性既不同于我们前面提到的空间对称性,也不同于使得光子没有质量的对称性。超对称要求对应于自然中的每一个粒子还存在另一个粒子,这些粒子我们一直没有看到,所以超对称也不是完美的对称性。

  超对称本来像一面镜子,在镜子的外面是自然界中所有的已知粒子,镜子里面是所有已知粒子的镜像——它们组成了另一个我们还没有发现的世界,当然也存在于我们所在的同一个空间中。现在,由于某种未知的原因,这个镜子被打破了,从而镜子中的那些粒子与我们看到的粒子不完全一样了,它们更重,这是迄今我们还没有看到这些粒子的原因。但这些粒子的存在保护了希格斯粒子。当真空中粒子产生和消失使得希格斯粒子的质量变大时,那些超对称粒子的产生和消失使得希格斯粒子质量变小。粒子物理学家们还没有找到一个比超对称更好的方法解决希格斯粒子的质量问题,所以多数人相信超对称性以及超对称粒子。

  现在,大型强子对撞机在过去一年中工作的结果告诉我们,超对称这个理论是有机会的。原因很简单,一个质量小于130GeV的希格斯粒子让原来的标准模型变得很不完美。

  有几位物理学家分析道,假如没有新物理原理,没有标准模型之外的新粒子,那么真空是不稳定的,能量达到一千亿GeV时,希格斯场将导致灾难。虽然这个能量很高,考虑到量子力学,只要时间足够长,那么真空总会在某一个地方开始衰变。计算表明,这个等待时间长于宇宙的现在年龄。看起来似乎与我们还活着不矛盾,但理论上,这是一个不完美的世界,甚至是一个自相矛盾的世界。所以,肯定会有新的物理原理和新粒子将真空稳定下来。也就是说,如果希格斯粒子的质量真的是125GeV,标准模型肯定不是粒子物理的最后理论。如果足够幸运,大型强子对撞机将会发现部分新物理原理。

  2012年肯定不是世界末日。在物理学中,2012年将是激动人心的一年,很可能载入物理学史册甚至人类文明史册。2012年,我们将俘获希格斯粒子,我们可能发现新的物理学原理例如超对称。甚至,如果足够侥幸的话,中微子超光速将被其他实验验证。

  (作者系中科院理论物理研究所研究员)

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