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
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