【大紀元2012年02月10日訊】物理學家認為，2012年不是「世界末日」。在2011年12月13日，一直被媒體和普通人關注的歐洲大型強子對撞機（LHC），在這個對撞機上一直工作的四個探測器工作組中的兩個舉行聯合學術報告，對同行和媒體透露他們對最新數據作出的最新分析結果。
在舉行聯合學術報告之前十天，網上已經瘋傳探測器工作組ATLAS和CMS研究的結果，其結果與尋找希格斯粒子（上帝粒子）有關。
2011年的大新聞
據《南方週末》報導，自從粒子物理學家80年前開始用對撞機這類大型玩具尋找各種粒子以來，這是第一個與眾不同的粒子。1995年粒子物理學家發現了頂夸克，在那之後，已經有16年沒有發現任何新粒子了，但在2012年很可能被打破。
去年年終，著名物理新聞和科普網站「物理世界」（PhysicsWorld）總結了物理學2011年十大進展，但並沒有將大型強子對撞機找到希格斯粒子（即「上帝粒子」）的證據包括進去。
2011年物理界另一個比希格斯的發現更加重大的新聞，同樣與歐洲核子中心有關：位於意大利Gran Sasso國立地下實驗室的中微子實驗OPERA在9月22日宣佈，他們測量到了中微子的速度超越了光速！OPERA接收到的中微子來自於歐洲核子中心，兩地距離大約為730千米。
如果中微子真的超光速了，那麼整個物理學基礎必須重新考慮了。因此，OPERA說，他們已經考慮實驗中各種可能出現錯誤的地方，但沒有找到，只好將結果用學術論文的形式公佈出來，讓全世界物理同行來檢查。這篇論文在網上出現後，已有一百多篇論文討論中微子超光速問題。
而且與希格斯粒子的證據一樣，中微子超光速同樣沒有被「物理世界」列為物理學2011年十大進展。
ATLAS和CMS的證據
去年12月13日，歐洲核子中心大型強子對撞機上的兩個探測器研究組，ATLAS和CMS（每個組的人員都不少於三千人）將其對2011年一年的數據分析結果公佈。他們分析了海量數據中含有的希格斯粒子的信息，且有較強的證據：這個粒子的質量大約是125GeV左右，這裡一個GeV是10億電子伏特，一個質子的質量大約是一個GeV。
ATLAS是英文A Toroidal LHC Apparatus（一台環形LHC儀器），是目前世界上最大的探測器，長46米，高25米，重七千噸。ATLAS的領導人、意大利籍的Fabiola Gianotti在聯合報告中稱，ATLAS以99.9%的置信度看到了希格斯粒子的蹤影。
據悉，在物理世界中，99.9%實在不算一個接近100%的數字。粒子物理學家在1995年發現頂夸克後制定了一個不成文的標準是：實驗的置信度必須至少是99.99994%，也就是說，發現是虛幻的可能只有不到千萬分之六的可能。根據統計學，這個數字相當於物理學家得到的信號超過所有可能的誤差的5倍。
CMS是英語Compact Muon Solenoid縮寫（緊致渺子螺管），是比ATLAS小的探測器，長21.5米，高15米。這台探測器雖然比ATLAS小，卻重達一萬兩千多噸。原因是需要強大的磁場是來彎曲高能帶電粒子從而測量它們跑得多快，而產生強大的磁場需要很多鐵。
CMS領導人是62歲的Guido Tonelli，與ATLAS的領導人Fabiola Gianotti一樣來自意大利。CMS看到希格斯粒子蹤影的置信度稍低些，大約有99%的置信度，同樣，在粒子物理學中這是一個不可信任的置信度。
但CMS和ATLAS一樣，在不同的地方看到了希格斯的蹤影，這是為甚麼多數粒子物理學家相信他們看到了希格斯，而且相信他們將在今年確鑿無疑地俘獲希格斯。
現在，ATLAS的局部置信度是3.6個標準誤差，CMS的局部置信度有2.6個標準誤差，分別是99.95%和99%可信。2011年一年的數據用專業術語來說，每個組的積分亮度分別是5個飛靶倒數。用直觀的比喻，大約是長2,000米、寬100米、深1米的沙子數目。如果「上帝粒子」的質量真的是125GeV，兩個組都會獲得5個標準誤差的置信度。
「上帝粒子」深層的對稱性和超對稱
「上帝粒子」除了帶給其他基本粒子質量，還負責破壞更深層次的對稱性。據粒子物理標準模型，世界本來不止光子和膠子沒有質量，傳遞弱相互作用的中間玻色子也沒有質量。在物理學中流傳一句話：「作用量決定動力學，對稱性決定作用量。」例如，在真空中，沒有特殊的點也沒有特殊的方向，這對應於「平移不變性」和「轉動不變性」，前者是說，真空中的任意兩個點是平等的，後者告訴人們真空中所有方向是平等的。
希格斯粒子還有一個特點，就是對真空的敏感性。真空其實不空，每時每刻，一些粒子在真空中瞬時出現，又瞬時消失。真空的這個特點叫量子漲落。希格斯粒子在破壞真空的對稱性之後也「長胖了」，成為有質量的粒子，但是它的質量對瞬時產生和消失的粒子很敏感。
計算後發現，其實希格斯粒子的自然質量要遠遠大於125GeV。如果希格斯粒子的質量遠遠大於125GeV，那麼電子的質量和其他粒子的質量也應該很大，世界就不會是目前這個樣子。
那麼，是甚麼東西在冥冥之中保護了希格斯，讓它不會吃得太胖？這是粒子物理學家數十年來一直疑惑的大問題。
物理學家們用了超對稱這個名字的原因是，這種對稱性不同於前面提到的空間對稱性，也不同於使得光子沒有質量的對稱性。超對稱要求對應於自然中的每一個粒子還存在另一個粒子，這些粒子科學家們一直沒有看到，所以超對稱也不是完美的對稱性，但這些粒子的存在保護了希格斯粒子。
報導稱，當真空中粒子產生和消失使得希格斯粒子的質量變大時，那些超對稱粒子的產生和消失使得希格斯粒子質量變小。粒子物理學家們還沒有找到一個比超對稱更好的方法解決希格斯粒子的質量問題，所以多數人相信超對稱性以及超對稱粒子。
有物理學家分析，一個質量小於130GeV的希格斯粒子讓原來的標準模型變得很不完美。假如沒有新物理原理，沒有標準模型之外的新粒子，那麼真空是不穩定的，能量達到一千億GeV時，希格斯場將導致災難。雖然這個能量很高，考慮到量子力學，只要時間足夠長，那麼真空總會在某一個地方開始衰變。
計算表明，這個等待時間長於宇宙的現在年齡。也就是說，如果希格斯粒子的質量真的是125GeV，標準模型肯定不是粒子物理的最後理論。如果足夠幸運，大型強子對撞機將會發現部份新物理原理。
因此，物理學家們稱：「2012年肯定不是世界末日。在物理學中，2012年將是激動人心的一年，很可能載入物理學史冊甚至人類文明史冊。」
（責任編輯：李平）
