一张可能是希格斯玻色子的诱人景象——但请等待 2012 年

欧洲核子研究中心(CERN)的物理学家们可能已经捕捉到了难以捉摸的希格斯玻色子的第一丝痕迹,研究人员今天早上宣布,但需要更多的数据分析才能宣布其发现。大型强子对撞机(LHC)的信号波动并非“上帝粒子”的确凿证据,至少目前还不是——但至少足以让我们相信现代物理学的理论。

两个探测器一直在 LHC 中筛选超高能质子碰撞产生的碎片,到目前为止,物理学家们在新闻发布会上表示,它们已经看到了希格斯玻色子的“诱人线索”。根据 Atlas 和 CMS 探测器的证据,该粒子的质量分别约为 125 至 126 吉电子伏特(GeV)。这大约是质子质量的 125 倍。

根据新的测量结果,如果它存在的话,其质量必须在 117 至 127 GeV 之间。这个相对狭窄的范围是之前 LHC(和 Tevatron)实验的结果,这些实验已经排除了其他可能的质量。

CMS 实验发言人 Guido Tonelli 表示:“截至今天,我们看到的结果要么与背景波动一致,要么与该玻色子的存在一致。‘通过这台神奇的机器在 2012 年进行的精炼分析和额外数据将最终给出答案。’”

Atlas 发言人 Fabiola Gianotti 也谨慎地表示:“这种信号过剩可能只是一个波动,但也可能意味着更令人兴奋的事情。我们在这个阶段无法得出任何结论,”她说。“我们不需要等待太久就能获得足够的数据,并且可以期待在 2012 年解决这个谜团。”

全世界的物理学家(以及那些对物理学充满羡慕的人)都在在线和大学会议室里,怀着激动的心情关注着。周二的公告被广泛预期会带来希格斯玻色子发现的消息,尽管 Atlas 和 CMS 团队都没有声称取得了这样的突破,但他们也并没有完全否定它的存在。

Atlas 的结果表明,希格斯粒子的质量在 125 至 126 GeV 之间,置信度为 3.6 个标准差,即 3.6σ。CMS 团队观察到潜在信号在 124 GeV 附近,置信度为 2.6σ。在粒子物理学中,一项真正的发现需要达到五西格马(five-sigma)的置信度,所以我们还没有达到那个程度。三西格马(three-sigma)的结果足以说明一个粒子 *可能* 存在。

CMS/CERN

或者,正如《卫报》博主 John Butterworth 精彩地解释的那样

一位物理学家看到一个谜团
并打电话给他的妈妈:“妈妈,飞猪!”
她说:“飞猪?
你下次看到的该是希格斯了!”
他说:“不,直到五西格马才可能!”

在 LHC 中,质子之间的高能碰撞会将粒子打碎成其组成部分,而在极高的能量下,物理学家们期望看到希格斯玻色子从混乱中出现。这种被怀疑的微小能量被认为赋予了所有其他粒子质量,因此它至关重要。它也是标准模型中唯一尚未被观测到的粒子——因此,根本找不到它也同样非常有趣。

CERN 的管理层已经决定让 LHC 在 2012 年继续运行,以提高发现希格斯玻色子的几率。随着数据的不断生成,Atlas 和 CMS 团队对明年某个时候获得真正的五西格马结果充满乐观。

我们之前也曾听到过关于希格斯粒子出现的传闻,但都没有像周二的公告那样有希望。除了统计学上的显著性(至少对 Atlas 来说),关键是两个不同的探测器都在大致相同的质量-能量范围内看到了令人着迷的信号,正如《纽约时报》指出的那样。

今天公告中最令人惊叹的事情之一是它可能开启的新途径。如果希格斯玻色子的质量确实在 117 到 127 GeV 之间,那么相对而言,这其实是很小的。曾几何时,物理学家认为它的质量可能高达 600 GeV。如果它很小,正如这些结果所暗示的,那就意味着它必须伴随 *另一个* 粒子来稳定它。因此,无论我们通过更多数据学到什么,有一点是肯定的——更多的发现还在后面。

 

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丽贝卡·博伊尔是一位屡获殊荣的自由撰稿人,她撰写关于天文学、人畜共患病以及介于两者之间的各种主题的文章。她是《大西洋月刊》的特约撰稿人,她的作品经常出现在《大众科学》、《新科学家》、《FiveThirtyEight》、《连线》以及许多其他面向成人和儿童的出版物上。丽贝卡在科罗拉多州长大,离太空更近一英里,现在住在圣路易斯,靠近大陆两条最强大的河流的交汇处。

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