宇宙起源：上帝粒子被发现 霍金打赌总是输

2012年07月12日 10:50
来源：时代周报 作者：马欢

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随着现代物理学的发展，实验物理学家已经可以把加速器越造越大，标准模型预言的未知粒子全都在实验中现身，只有这个最重要的希格斯玻色子仍然找不到，直至近日。

发现“上帝粒子”有赖大型强子对撞机（LHC）

大型强子对撞机（LHC）的出现，让实验物理学家们的努力为理论物理学家们的研究带来了新的曙光。

LHC是价值数十亿美元的机器，在其初期遭受了无数的失误和挫折。然而，随着越来越多的实验结果表明，这个机器给物理界带来了很多希望。

意大利的一位物理学家表示：“坚持LHC和该实验，将带来奇迹。我认为，我们的工作远超越它的设计。”

事实上，物理学家们在去年就看到了有关希格斯玻色子的一线曙光，但直到上周他们才得到确凿的证据。研究人员在类希格斯玻色子衰变为一对光子的过程中观测到了信号，这个过程是LHC在记录下的亿万次质子对撞实验中，窥测到希格斯玻色子的最简明的方法。

研究人员表示，这批数据包含了“足够多的”碰撞事件，加速电压约为125千兆电子伏，与去年数据得到的值相同。同样的信号在希格斯玻色子的其他衰变通道中也被观测到，例如类希格斯玻色子衰变成四个轻子的过程。

为了寻找希格斯玻色子，总共有两个LHC团队在做相关研究，一个团队是寻找希格斯玻色子，另外一个团队则寻找紧凑型μ介子螺线管（Compact Muon Solenoid ，简称CMS），这两个团队独立工作，互不联系，他们都不知道对方会拿出什么样的结果。

然而，两方的结果达到了惊人的一致。达拉斯的南卫理公会大学的ATLAS团队成员兼物理学家雷沙德说道：“有趣的是，这本来是相抵触和相互竞争的两组实验，但基本上有相同的结果，这提供了额外的确认。”

理论物理学家们坚持只有当置信度高于5-sigma时，才能称之为发现，因为5-sigma意味着发生错误的概率小于0.00003%。ATLAS探测器和CMS探测器分别观测到了介于4.5到5sigma之间的置信度，距离可信的结果仅一步之遥。该结果与位于伊利诺伊州费米实验室、如今已经弃置的万亿电子伏特加速器（Tevatron）曾经的结果相符合，可以说，几组结果，已经证明接近“发现”“上帝粒子”的边缘。

在基于LHC的大型离子对撞机实验（A Large Ion Collider Experiment，简称ALICE）项目当中，大卫埃文斯是英国团队队长。两组实验的5-sigma结果，超出了许多物理学家预想，也包括埃文斯在内。埃文斯还曾预测团队会继续公布4-sigma的结果，因为新粒子要正式视为新发现而并非侥幸，习惯上就不能缺少严格的标准。结果令人惊喜。埃文斯说：“比我预想的要好，我认为我们可以说希格斯是在这里的。它是存在的。”埃文斯把这个比预期要好的结果归因于“LHC做了出色的工作”和“从12月以来两个团队在改善分析方面做了出色的工作”。

尽管发现“上帝粒子”是一个历史性的里程碑，但对于物理学家们来说，还有大量的工作摆在面前，他们还要尝试确认新发现的粒子身份、进一步探索其属性。其中一项最重要的工作就是确定这种粒子是否表现为提供质量的希格斯玻色子，或者更确切地说，是否就是标准模型中预测的希格斯玻色子。科学家们首要的任务是，精确观测这种粒子在LHC的探测器中产生和衰变的不同方式。由于标准模型所预言的未知粒子可能会干扰相关的量子力学行为，希格斯玻色子产生和衰变的速率也会随之改变。

霍金打赌总是输

对于著名物理学家霍金来说，尽管现在他对同行彼得希格斯的理论表示赞赏，但他曾经打赌：“上帝粒子”不可能存在。霍金回忆，那时候他与美国密歇根大学的物理学家戈登凯恩打赌，这种粒子不会被发现。

而据凯恩回忆说，与霍金打赌是在一次学术大会上，当时几名物理学家在用餐时讨论欧洲核子研究中心是否能延长大型正负电子对撞机(找到新粒子的大型强子对撞器的前身)的使用期限，霍金调皮地发表了自己的看法，并拿出100美元作赌注。

霍金赌注刚下，物理学界就议论纷纷，反应最为激烈的莫过于希格斯本人。他悲痛地回应说，霍金的挑战“就像是在批评已经去世的戴安娜王妃”。希格斯说，霍金“把粒子物理学的理论与重力学扯在一起，没有任何一位理论学派粒子物理学家会认为这是正确”。

如今，因为打赌而赢得100美元的戈登凯恩表示：“我一直坚信希格斯玻色子一定会被找到。如今，这一对希格斯玻色子的发现真是太棒了。它证实了长久以来的猜想，进一步加强了粒子物理‘标准模型’的事实根据。”在他看来，这一次的打赌获胜无异于锦上添花。

希格斯还高兴地表示，在宣布发现新粒子后，霍金曾与他联系并表示支票已寄出。希格斯说：“他不仅是给我一个人钱。我想他还会寄100美元给密歇根大学的戈登凯恩。”

实际上，这已经是霍金输掉的第四个赌了。他曾经跟另一位物理学家基普索恩“豪赌”过3回—第一回，赌天鹅座X-1 双星是否包含黑洞；第二回，赌宇宙中有没有裸奇点；第三回，赌的则是黑洞会不会彻底抹杀信息。霍金三赌皆输—加上这一次，霍金的运气实在够差的。

（基路亚对此文亦有贡献）