陈国明：捕捉上帝粒子的中国人

7月4日，欧洲日内瓦核子研究中心宣布，找到了疑似“上帝粒子”希格斯玻色子的新粒子

寻找希格斯粒子

在确定找到希格斯粒子之前，科学家们的主要顾虑是如何判定找到了希格斯粒子？需要多少证据才能证明是找到了呢？为此，欧洲核子研究中心设计了两组实验竞争，寻找相同的粒子，如果一个实验找到了，而另一个实验没有，则不能宣布这项发现。

在《美国国家地理》杂志的一篇文章中，ATLAS和CMS实验被类比成“可口可乐”和“百事可乐”，他们目标一致，但使用不同的技术，且竞争激烈。CMS实验有3000多名科学家参与，在内部，他们被分成许多小组；同一组数据，至少两个组在做分析，在竞争的同时也互相验证。

“你无法从显示屏上直接看到希格斯，”陈国明说，“只能靠事后的数据分析。”希格斯的寿命非常短，刚一产生就衰变成多个碎片，但这些碎片和其他粒子衰变的碎片又很像。探测器记录的细节就好像照相机的相片，要从成百上千万亿张照片中找到希格斯的痕迹，是十分十分困难的事情。

2005年，陈国明开始做数据分析，研究希格斯的衰变方式，寻找用合理的方法在一堆碎片中判定希格斯的存在。他们发明了一种相对高效准确地从碎片中分辨希格斯的痕迹的方法，今年CMS合作组采用了中国组的分析方法，这比去年美国组的方法的灵敏度高3%。

对于欧洲原子核中心发布的研究结果，陈国明表现得很淡定。作为分析组的成员，他实际早已从数据里看到了新粒子的存在。“我们自己也在分析，用的是5月中旬的数据，别人的结果和我们是一致的。其实在5月下旬许多相同的分析结果都出来了。所以要说谁最先发现希格斯，还真不好说。”他说。

希格斯粒子的各个衰变道的任何初步结果分析出来后，都要经过一级级的评审，直至最后发布结论，十分严谨。“我有个学生负责把CMS各个衰变道的结果合在一起，最后得出结论。有一天深夜，他发了邮件给我，我想，应该这就是结果了。”他说。“作为粒子物理学家，能看到这一刻，真是非常非常幸运。”

物理学界已经沉闷许久。大部分的对撞不会产生什么特别有趣的事情，自1995年粒子物理学家发现顶夸克后，已有16年没发现任何新粒子。

著名华裔物理学家丁肇中曾经在1972年领导一个小组在纽约的一个实验室进行了一系列实验，寻找新的重粒子。对于实验的艰巨和复杂，他曾经这样比喻道：“在雨季，一个像波士顿这样的城市，一分钟之内也许要降落下千千万万粒雨滴，如果其中的一滴有着不同的颜色，我们就必须找到那滴雨。”

这是粒子物理学家常常面临的寂寞，新粒子往往被某一种理论预言，你必须选择信仰一种理论，然后通过海量实验去寻找它。可能进行几十亿次的对撞后，你没有找到你想要的粒子。这时候，普通人该要怀疑人生了，粒子物理学家们会改进实验方法，继续下去。意大利的粒子物理学家乔尔达诺在觉得研究无望后写起了小说，《质数的孤独》让他意外成名。他曾经研究的是和夸克有关的粒子。

找寻希格斯的历史

在物理学中，有一个自圆其说的概念，是“标准模型”，它描述了自然界的微观世界里，基本粒子相互作用的规律。这个模型在不断发展中慢慢完善，唯一的缺陷在于无法解释万物的质量从哪里来。1964年，物理学家希格斯对模型进行了修正，他提出“希格斯场”，认为在137亿年前的宇宙大爆炸中，世界从无到有，希格斯玻色子使物质得到质量，恒星和行星得以诞生，最终孕育生命，演化了万事万物。

因为希格斯是那个至关重要的金手指，于是这种粒子被称为“上帝粒子”。自它被提出开始，人们就开始了漫长的寻找。要找到希格斯并不容易，和大部分次原子粒子比起来，希格斯玻色子理论上可以很重，它的质量可能是质子的1000倍，这就是为什么需要一个大对撞机来制造一个希格斯粒子——撞击的能量越大，碎屑中的粒子也愈大。

寻找希格斯的工作早在上世纪就开始。1987年，陈国明硕士毕业，加入了著名华裔物理学家丁肇中领导的正负电子对撞机(LEP)试验组。但LEP上的试验没找着希格斯，意外的收获是，为了让物理学家们能够方便地远程传输数据，一个叫蒂姆·伯纳斯·李的英国软件工程师发明了万维网。

位于美国费米实验室的Tevatron对撞机，花费了20年，依稀见到了希格斯粒子的影子，但它在2011年10月停止运行，因为在能量和亮度方面都竞争不过欧洲人的LHC。在欧洲人建LHC之前，美国曾想花钱造一个世界上最厉害的对撞机SSC，目标之一也是寻找西格斯，但这个项目太费钱了，最后被国会否决。

去年底，欧洲核子中心曾传出消息，说科学家们可能在海量的数据中分析出希格斯玻色子的蛛丝马迹。之所以说可能，是因为ATLAS只在99.9%的置信度上看到了希格斯粒子的影子，CMS实验的置信度只有99%。而在物理学家的精确体系里，宣布一个发现，实验置信度必须达到99.99994%。

直到今年7月4日，在日内瓦欧洲核子研究中心的发布会上，核子中心的主任才拿着话筒，小心翼翼地宣布：“要是我说句有点外行的话，我现在会说，‘我想我们找到了它’。大家同意吗？”全场鼓掌。

是的，按照内行的话说，那只是一个很像希格斯粒子的粒子，进一步判定还需要时间，它也有可能是个新粒子。但无论如何，这都是改变世界的发现。

“关于解释我们这个世界是如何诞生的，有很多模型，标准模型只是其中的一种。每种模型都是在实验和理论中完成鸡生蛋、蛋生鸡的演进过程。即使确认了这就是标准模型预言的希格斯粒子，标准模型也未必就是真理。”陈国明表示：“接下去我们还要继续把这种粒子撞出来，分析数据，研究它的各种性质。”

外滩画报