如果说万亿电子伏特对撞机(Tevatron)是一台探测器,在人生的最后阶段,它会在一望无际的海滩上探测到连续不断的“哔哔”声。我们得知,它几乎就找到了备受珍视的希格斯玻色子……然后,在去年九月,它关闭了。只有另一台更强大的、属于他人的探测器,最终才能捕捉到它。
这就是费米实验室(Fermilab)科学家们今天面临的局面。他们公布了由传奇的Tevatron粒子对撞机进行的最后的希格斯搜寻结果。一段时间以来,参与CDF和DZero实验的科学家们几乎确信他们*没有*看到希格斯玻色子,从而排除了它可能存在的质能范围。但这是他们第一次认为自己看到了什么。
希格斯玻色子,以苏格兰物理学家彼得·希格斯的名字命名,是现有物理学理论中最后一个重要的解谜碎片。人们认为它以某种方式赋予所有其他粒子质量,这就是为什么它有时被称为“上帝粒子”。为了支撑所谓的粒子和力的标准模型,它必须存在,并且几十年来一直是现代科学的圣杯。
新近分析的证据表明,考虑到自2001年3月以来,其每个实验进行了500万亿次碰撞,Tevatron在其运行期间可能已数次观测到这种假定的粒子。根据费米实验室的说法,观测到的希格斯信号具有2.9西格玛的统计显著性。这意味着该信号仅有1/550的概率是由于统计涨落造成的。这意味着它真的很可能是希格斯。
只有大型强子对撞机(LHC)才能验证这一点——即使如此,也只能是某种程度上的验证。这两台对撞机碰撞的粒子类型不同,能量也不同,这会产生略微不同的结果。Tevatron碰撞的是质子和反质子,而LHC碰撞的是质子与质子。根据标准模型,粒子会衰变成它们的组成部分,而希格斯玻色子根据碰撞的物质不同,可以以几种方式衰变。费米实验室的Kurt Riesselmann将其比作自动售货机找零,尽管找出的硬币组合不同,但总金额相同。
在Tevatron,实验观察到希格斯粒子衰变成一对底夸克(具体来说是底夸克和反底夸克)。然而,在LHC中,希格斯会表现为一对高能光子。最终,当LHC在明年可能达到其峰值能量输出时,将能够验证该粒子在所有潜在衰变通道中的存在。但目前,在这个特定的衰变通道中,Tevatron似乎占了优势。
这项公告以及描述结果的论文,是在两天后举行的备受期待的欧洲核子研究组织(CERN)关于最新LHC结果的简报会之前发布的。人们普遍预计,这次会议将带来关于希格斯结果的消息——也许是像Tevatron科学家今天宣布的那样,进一步缩小了搜寻参数范围,或者甚至可能是一次真正的、5西格玛、100%确定的发现。敬请关注。