7月4日這天的全球視頻發(fā)布會(huì)一開(kāi)始，歐洲原子研究中心主任，一位花白胡子老爺爺，就“賣了個(gè)萌”。

“今天是一個(gè)非常特殊的日子!第一次舉行跨大洲的高能物理視頻會(huì)議!”他對(duì)全世界的頂級(jí)物理學(xué)家表示，將要介紹一個(gè)特殊粒子的數(shù)據(jù)。但是他說(shuō)，自己忘記這個(gè)粒子叫什么了。

“上帝粒子!”電腦前，好多中國(guó)科普愛(ài)好者不約而同叫了出來(lái)。大家都是因?yàn)?ldquo;希格斯-玻色子”而守候在屏幕前它被認(rèn)為是宇宙形成的關(guān)鍵，給予幾乎所有其他粒子質(zhì)量。

換句話說(shuō)，質(zhì)子、粒子的源頭都是它。如果一直無(wú)法找到“希格斯-玻色子”，物理課本就是一本“假設(shè)教材”。

為了尋找“希格斯-玻色子”，過(guò)去兩年里，全世界有數(shù)十萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)在運(yùn)行歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。其中，就包括位于北京的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

中國(guó)人也承擔(dān)了歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的建造。在核心的CMS探測(cè)器中，有五分之一是由中國(guó)團(tuán)隊(duì)制造并安裝的。

“從資金上講，我們承擔(dān)了CMS經(jīng)費(fèi)的1%。”中科院高能物理研究所研究員、CMS中國(guó)組負(fù)責(zé)人陳國(guó)明對(duì)記者解釋說(shuō)。CMS是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中專門用來(lái)尋找“上帝粒子”的儀器。此外中國(guó)科學(xué)家還參與了其他部分的研究和建設(shè)。

令陳國(guó)明自豪的是，他的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了新的分析方法，使尋找“希格斯-玻色子”的靈敏度提高了30%，“到去年，美國(guó)麻省理工學(xué)院的一個(gè)組又在我們研究的基礎(chǔ)上，將靈敏度提高了10%。”

人類尋找“上帝粒子”的努力邁出了一大步，而中國(guó)在這條征途上還需要加緊追趕。

我們對(duì)宇宙的理解將要改變

對(duì)于這場(chǎng)關(guān)于“上帝粒子”的發(fā)布會(huì)，英文推特上的一段對(duì)話大概能代表絕大多數(shù)人的心聲：“我完全不知道他們?cè)谡f(shuō)什么。”“嘿，有幾個(gè)詞我好像認(rèn)識(shí)!”

即使到最后，歐洲原子研究中心主任公布的結(jié)論也讓不少人一頭霧水：“我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)粒子，和已知的SM相符合。”

SM就是“標(biāo)準(zhǔn)模型”，在1967年由物理學(xué)家溫伯格提出。他認(rèn)為，一切物體都是由輕子和夸克這兩大類基本而不可再分的粒子構(gòu)成。“標(biāo)準(zhǔn)模型”理論在1979年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

目前，它預(yù)言的61種基本粒子已有60種被發(fā)現(xiàn)，只有“希格斯-玻色子”除外。而如果無(wú)法找到“希格斯-玻色子”，“標(biāo)準(zhǔn)模型”就無(wú)法完全驗(yàn)證，物理學(xué)的基礎(chǔ)就存在疑問(wèn)。

“希格斯-玻色子”的存在是由英國(guó)理論物理學(xué)家彼得·希格斯與其他五名科學(xué)家在1964年預(yù)言的。他們?cè)?月4日這天一同來(lái)到現(xiàn)場(chǎng)，迎接歡呼和掌聲。83歲高齡的希格斯說(shuō)，“我從未想過(guò)能在有生之年等到結(jié)果。”

不過(guò)，科學(xué)家們?nèi)匀粺o(wú)比謹(jǐn)慎。隸屬于歐洲原子研究中心的歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中有4個(gè)探測(cè)器LHCb、ALICE、CMS、ATLAS。其中CMS專門用來(lái)尋找“希格斯-玻色子”，ATLAS用來(lái)尋找新的物理學(xué)跡象，都是最為核心的裝置。其他兩個(gè)和“上帝粒子”關(guān)系不大。

CMS的發(fā)言人講了尋找“希格斯-玻色子”的過(guò)程：先觀測(cè)到某些粒子衰變之后產(chǎn)生的光子等其他粒子，反推這些光子會(huì)不會(huì)是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中粒子碰撞產(chǎn)生的“上帝粒子”衰變而來(lái)的。

最后，發(fā)言人說(shuō)，研究達(dá)到5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)誤差，即99.99994% 的可信度，全場(chǎng)熱烈鼓掌。但這位紳士裝束的中年人的確沒(méi)有說(shuō)發(fā)現(xiàn)了什么。

5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)誤差在粒子研究領(lǐng)域就代表著“發(fā)現(xiàn)”。幾個(gè)月前，美國(guó)費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室也宣布發(fā)現(xiàn)了“希格斯-玻色子”，但并沒(méi)有達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)誤差水平。

其實(shí)在此之前，人們只知道“上帝粒子”的長(zhǎng)度：十億分之一米，再除以100萬(wàn)。但是科學(xué)家現(xiàn)在可以宣布，“新粒子”的質(zhì)量是氫原子核的133倍左右。

最終，歐洲原子研究中心發(fā)布說(shuō)：“我們觀測(cè)到一個(gè)粒子，與一個(gè)‘希格斯-玻色子’相符，但不確定是哪一個(gè)玻色子。”

科普網(wǎng)站“果殼網(wǎng)”解釋說(shuō)：“有個(gè)東西，看起來(lái)像大象，聽(tīng)起來(lái)像大象，摸起來(lái)也像大象，但我就是不知道它是不是大象。”

無(wú)論如何，歐洲原子研究中心這個(gè)全世界最嚴(yán)肅的科學(xué)研究機(jī)構(gòu)在官方主頁(yè)斷言：“我們對(duì)宇宙的理解，將要改變!”

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中國(guó)人貢獻(xiàn)了什么

歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)位于法國(guó)和瑞士邊境的地下，放置于一條長(zhǎng)27公里的圓形隧道內(nèi)。它在2010年3月正式啟動(dòng)后，每秒鐘都進(jìn)行上千萬(wàn)次爆炸：粒子被環(huán)形管道加速后，不斷碰撞。每個(gè)對(duì)撞點(diǎn)上都有啤酒桶型的粒子探測(cè)器，用以采集數(shù)據(jù)。

這些數(shù)據(jù)先到達(dá)日內(nèi)瓦的歐洲原子研究中心中央計(jì)算機(jī)，再分送給5個(gè)地區(qū)的一級(jí)計(jì)算機(jī)中心，然后抵達(dá)上百個(gè)二級(jí)計(jì)算機(jī)中心。中科院高能物理所就擁有一個(gè)二級(jí)中心。

最終，數(shù)據(jù)進(jìn)入全世界80多個(gè)國(guó)家地區(qū)的幾十萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)中。僅CMS組和ATLAS組科學(xué)家就有超過(guò)5000位。

處于CMS核心數(shù)據(jù)處理位置的科學(xué)家有50多人，其中包括4名中國(guó)人。此外，中國(guó)人也參與了ATLAS組。尋找“上帝粒子”整個(gè)項(xiàng)目的中國(guó)負(fù)責(zé)人是中科院高能物理研究所所長(zhǎng)陳和生院士。

僅在籌備階段，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)就花費(fèi)了來(lái)自40個(gè)國(guó)家的60億歐元。它每運(yùn)轉(zhuǎn)1小時(shí)，就需要超過(guò)134萬(wàn)元人民幣。這筆經(jīng)費(fèi)由參與實(shí)驗(yàn)的各國(guó)分擔(dān)。中國(guó)在CMS和ATLAS項(xiàng)目上分別投入了1%和0.5%的經(jīng)費(fèi)。

中國(guó)部分的經(jīng)費(fèi)來(lái)自三家單位：國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、中國(guó)科學(xué)院。參與建造CMS和ATLAS的單位是中科院高能物理研究所、中國(guó)科技大學(xué)、山東大學(xué)以及南京大學(xué)。

“我在2000年前后開(kāi)始加入這個(gè)包括30多個(gè)國(guó)家科研人員的CMS探測(cè)器建造團(tuán)隊(duì)，2003年開(kāi)始正式制造。”陳國(guó)明說(shuō)，“中國(guó)參與的主要部分是探測(cè)器端蓋上的繆子探測(cè)器，就好比啤酒桶的蓋子。”

CMS探測(cè)器端蓋是一個(gè)很大的系統(tǒng)，里面有三分之一是由陳國(guó)明所在的團(tuán)隊(duì)建造并安裝調(diào)試的，另外還有北京大學(xué)的科研人員參與了觸發(fā)系統(tǒng)的制造。

據(jù)悉，中國(guó)科研人員還承擔(dān)了CMS探測(cè)器的支架研制工作，“這個(gè)支架是可以移動(dòng)的，還有里面的地板、軌道等，另外探測(cè)器電磁量能器的晶體由上海一家單位研制，它在尋找希格斯子中起到很大作用，因?yàn)楣庾泳褪强窟@個(gè)晶體來(lái)測(cè)量的”。

看上去遙遠(yuǎn)的發(fā)現(xiàn)，影響將不可估量

中國(guó)對(duì)“上帝粒子”的付出，回報(bào)是可以分享歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)得到的數(shù)據(jù)。

目前北京的正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，曾被陳和生稱為“我們國(guó)家第一個(gè)大科學(xué)裝置”。這個(gè)裝置于1984年動(dòng)工，由鄧小平親自奠基。1988年正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)建成，鄧小平在落成典禮上表示，中國(guó)要在世界高科技領(lǐng)域占領(lǐng)一席之地。

目前全球有六個(gè)頂級(jí)高能物理研究中心。亞洲是中科院高能物理研究所和日本高能所，歐洲是意大利和歐洲原子研究中心，美國(guó)則是芝加哥附近的菲利實(shí)驗(yàn)室以及紐約長(zhǎng)島的凱文實(shí)驗(yàn)室。陳和生表示，中科院高能物理研究所在六大機(jī)構(gòu)中處于中游。

自北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)開(kāi)始，上海、蘭州、東莞等地相繼建設(shè)此類大型加速器，列入“十二五”規(guī)劃的此類大型裝置總造價(jià)超過(guò)20億元人民幣。

但是，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的周長(zhǎng)是240米，能量約達(dá)40億電子伏特;而歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)周長(zhǎng)27公里,能量可達(dá)7萬(wàn)億電子伏特。

陳國(guó)明說(shuō)，中國(guó)高能物理研究起步較晚，到上世紀(jì)70年代開(kāi)始真正實(shí)施此類項(xiàng)目，當(dāng)時(shí)從原子彈研究隊(duì)伍中抽調(diào)科研人員，“到丁肇中那里去培訓(xùn)學(xué)習(xí)，回國(guó)后成為我國(guó)高能物理領(lǐng)域的核心，并起到了領(lǐng)導(dǎo)作用”。

陳國(guó)明說(shuō)，他自1989年就在丁肇中的實(shí)驗(yàn)室中學(xué)習(xí)，“開(kāi)始完全摸不著頭腦，直到2000年，我一直在做數(shù)據(jù)分析。”他介紹說(shuō)，目前我國(guó)正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)已經(jīng)被國(guó)際接受，基本達(dá)到世界先進(jìn)水平。但同時(shí)，在探測(cè)器研制方面還有一些領(lǐng)域尚未掌握。

比如CMS探測(cè)器里的部分內(nèi)容，另外晶體探測(cè)器也是中國(guó)科技領(lǐng)域的一個(gè)短板，還有微電子學(xué)也顯得落后。

“這次發(fā)現(xiàn)中，中國(guó)人也做了很多關(guān)鍵的研究，貢獻(xiàn)肯定不止1%。”陳國(guó)明說(shuō)，高能物理是世界前沿的基礎(chǔ)科學(xué)研究，雖然研究成果現(xiàn)時(shí)距離普通人的生活還很遙遠(yuǎn)，但從更長(zhǎng)的時(shí)間尺度看就大不一樣。

“上世紀(jì)初發(fā)展起來(lái)的物理學(xué)第一次革命，推翻了牛頓體系，建立了量子力學(xué)體系，還有愛(ài)因斯坦的相對(duì)論，當(dāng)時(shí)對(duì)人們的日常生活沒(méi)帶來(lái)任何影響。但很快發(fā)展起來(lái)的半導(dǎo)體技術(shù)整個(gè)改變了人們的生活。”陳國(guó)明舉例說(shuō)，“我們現(xiàn)在的發(fā)現(xiàn)看上去也許很遙遠(yuǎn)，但對(duì)未來(lái)生活的影響不可估量。”

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