使用社交账号登陆

当前位置: 主页 > 观点 > 专栏 > [小有科观]Small and scientific vie
  • [小有科观]Small and scientific vie

2012的物理期待:上帝粒子和他的朋友们

时间: 2012年07月02日 | 来源: 环球科学

专栏作者简介

李淼:中国科学院理论物理研究所的研究员,曾任中国台湾大学和中国科学技术大学客座教授。他主要研究量子场论、超弦理论以及宇宙学, 最近致力于研究超弦中的黑洞物理、超弦宇宙学以及暗能量。

     2012年,物理学中的一些流言可能成为现实。

 

    流言区别于谣言的地方是,流言可能是事实,而谣言则是故意捏造的假消息或假信息,所以中文里有“造谣”这个词。凯斯·桑斯坦的On Rumors翻译成《谣言》并不妥,虽然rumor含有谣言的意思,但更为准确的对应是流言。

    我认真解释流言这个词,是因为最近物理学界的流言很多,尤其是在高能粒子物理领域。最令人兴奋的是在去年12月3日,从欧洲传出来的关于希格斯粒子的流言。当时,网上传说,欧洲核子研究中心的大型强子对撞机的两个大型探测器ATLAS和CMS,都看到了希格斯粒子的踪迹,前者的证据有3.5个标准误差的置信度,后者有2.5个。12月13号,这两个大型探测器的研究组在欧洲核子研究中心联合举行了学术报告,我们得知,流言的内容是真实的。稍有不同的是,ALTAS公布的初步分析结果是,希格斯粒子的证据是3.6个标准误差,而CMS的置信度则是2.6个标准误差。这些比流言中的数据稍强一点。

    这两个人数都超过三千人的实验组实在太用功了,不仅在极短时间内得出了初步结果,还超出预期地发表了更为细致的结果。本来大家认为,他们要在今年3月才发表含有具体结果的论文,出乎意料的是,他们在2月8日就公布了部分论文。让我们感到高兴的是,CMS还得出了比初步结果更好的结论,原来的2.6个标准误差被提高到3.1个。

 

 

    据说,CMS研究组一直有些不服ATLAS的研究,因为他们搜寻了更多的数据,但结果却不如后者。幸运的是,CMS研究组在希格斯粒子衰变成两个光子的频道中看到了新的迹象,这是他们提高置信度的原因。

    实际上,除了结果更细致,我们得到的信息并不比去年12月多。但是,流言渠道却传出一些信息。例如,大型强子对撞机的科学家正在法国开会,讨论在今年春季如何重新启动对撞机。他们提出了两个方案:一是继续在去年的能量上运行对撞机,也就是说,每个质子的能量还是3.5万亿电子伏,这样运转更加安全,但有些保守。即使如此,得到的数据也将是去年的三倍左右。另一个方案是,将每个质子的能量提到到4万亿电子伏。提高能量有两个好处,一是有机会看到希格斯之外的粒子,另一个是数据量会增加近三分之一。但能量高,风险也高——大约是3.5万电子伏风险的5倍(风险是某个内部连接被烧毁)。据估计,如果风险发生了,将耗费三个月时间来修复机器。

    就在我写这篇文章时,消息传来,科学家决定在4万亿电子伏能量上运行对撞机,就等欧洲核子研究中心的负责人签字盖章了。

    这次运行的主要目标是,ATLAS和CMS要分别、独立地发现希格斯粒子。注意“独立”这个词,这需要两个组分别获得足够多的数据。强调一下,粒子物理学中一个发现成立的证据,需要有五个标准误差,相当于99.99994%可信度。技术上,如果在3.5万亿电子伏上运行,今年需要三倍于去年的数据;如果在4万亿电子伏上运行,稍稍超过去年的两倍即可。

    也许在今年,希格斯粒子还不是大型强子对撞机最重要的发现。因为有流言说,顶夸克的超对称伙伴也许露了一小脸。粒子物理的标准模型中,物质部分是夸克和轻子,夸克是组成原子核的基块。物理学家在过去几十年中,一直将超对称看成最有希望的新物理规律,如果超对称成立,那么标准模型中的粒子只是这个世界中所有基本粒子的一半,另一半由于质量大我们至今没有看见——它们是已经发现的粒子的伙伴。顶夸克是标准模型中最重的粒子(比希格斯粒子还要重,如果希格斯粒子存在的话),但奇怪的是,顶夸克的伙伴却是没有发现的那一半粒子中最轻的。由于顶夸克的英文是top,所以顶夸克的超对称伙伴的名字就叫stop,s是超对称的缩写。

    今年2月3日,著名博客Motl发布消息称,据一个匿名者透露,大型强子对撞机也许发现了stop,这位匿名人士的IP是哈佛大学的。与此同时,另一位知名理论家杰斯特(Jester)也在推特上说,在过去两天,一些理论家在谈论可能出现的顶夸克超对称伙伴。据说在2月14日,欧洲核子研究中心的一个学术报告也许就和stop有关。

    这真是十分有趣的事情,即使到了2月份,人们仍然可以在去年的数据中发现新东西。如果stop的流言变成事实,那么这个发现将是过去数十年中粒子物理中最重要的发现。

电子版详见:http://www.huanqiukexue.com/plus/list.php?tid=30