【大纪元2012年02月10日讯】物理学家认为，2012年不是“世界末日”。在2011年12月13日，一直被媒体和普通人关注的欧洲大型强子对撞机（LHC），在这个对撞机上一直工作的四个探测器工作组中的两个举行联合学术报告，对同行和媒体透露他们对最新数据作出的最新分析结果。
在举行联合学术报告之前十天，网上已经疯传探测器工作组ATLAS和CMS研究的结果，其结果与寻找希格斯粒子（上帝粒子）有关。
2011年的大新闻
据《南方周末》报导，自从粒子物理学家80年前开始用对撞机这类大型玩具寻找各种粒子以来，这是第一个与众不同的粒子。1995年粒子物理学家发现了顶夸克，在那之后，已经有16年没有发现任何新粒子了，但在2012年很可能被打破。
去年年终，著名物理新闻和科普网站“物理世界”（PhysicsWorld）总结了物理学2011年十大进展，但并没有将大型强子对撞机找到希格斯粒子（即“上帝粒子”）的证据包括进去。
2011年物理界另一个比希格斯的发现更加重大的新闻，同样与欧洲核子中心有关：位于意大利Gran Sasso国立地下实验室的中微子实验OPERA在9月22日宣布，他们测量到了中微子的速度超越了光速！OPERA接收到的中微子来自于欧洲核子中心，两地距离大约为730千米。
如果中微子真的超光速了，那么整个物理学基础必须重新考虑了。因此，OPERA说，他们已经考虑实验中各种可能出现错误的地方，但没有找到，只好将结果用学术论文的形式公布出来，让全世界物理同行来检查。这篇论文在网上出现后，已有一百多篇论文讨论中微子超光速问题。
而且与希格斯粒子的证据一样，中微子超光速同样没有被“物理世界”列为物理学2011年十大进展。
ATLAS和CMS的证据
去年12月13日，欧洲核子中心大型强子对撞机上的两个探测器研究组，ATLAS和CMS（每个组的人员都不少于三千人）将其对2011年一年的数据分析结果公布。他们分析了海量数据中含有的希格斯粒子的信息，且有较强的证据：这个粒子的质量大约是125GeV左右，这里一个GeV是10亿电子伏特，一个质子的质量大约是一个GeV。
ATLAS是英文A Toroidal LHC Apparatus（一台环形LHC仪器），是目前世界上最大的探测器，长46米，高25米，重七千吨。ATLAS的领导人、意大利籍的Fabiola Gianotti在联合报告中称，ATLAS以99.9%的置信度看到了希格斯粒子的踪影。
据悉，在物理世界中，99.9%实在不算一个接近100%的数字。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是：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。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。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。
CMS领导人是62岁的Guido Tonelli，与ATLAS的领导人Fabiola Gianotti一样来自意大利。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。
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。2011年一年的数据用专业术语来说，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2,000米、宽100米、深1米的沙子数目。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。
“上帝粒子”深层的对称性和超对称
“上帝粒子”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。据粒子物理标准模型，世界本来不止光子和胶子没有质量，传递弱相互作用的中间玻色子也没有质量。在物理学中流传一句话：“作用量决定动力学，对称性决定作用量。”例如，在真空中，没有特殊的点也没有特殊的方向，这对应于“平移不变性”和“转动不变性”，前者是说，真空中的任意两个点是平等的，后者告诉人们真空中所有方向是平等的。
希格斯粒子还有一个特点，就是对真空的敏感性。真空其实不空，每时每刻，一些粒子在真空中瞬时出现，又瞬时消失。真空的这个特点叫量子涨落。希格斯粒子在破坏真空的对称性之后也“长胖了”，成为有质量的粒子，但是它的质量对瞬时产生和消失的粒子很敏感。
计算后发现，其实希格斯粒子的自然质量要远远大于125GeV。如果希格斯粒子的质量远远大于125GeV，那么电子的质量和其他粒子的质量也应该很大，世界就不会是目前这个样子。
那么，是什么东西在冥冥之中保护了希格斯，让它不会吃得太胖？这是粒子物理学家数十年来一直疑惑的大问题。
物理学家们用了超对称这个名字的原因是，这种对称性不同于前面提到的空间对称性，也不同于使得光子没有质量的对称性。超对称要求对应于自然中的每一个粒子还存在另一个粒子，这些粒子科学家们一直没有看到，所以超对称也不是完美的对称性，但这些粒子的存在保护了希格斯粒子。
报导称，当真空中粒子产生和消失使得希格斯粒子的质量变大时，那些超对称粒子的产生和消失使得希格斯粒子质量变小。粒子物理学家们还没有找到一个比超对称更好的方法解决希格斯粒子的质量问题，所以多数人相信超对称性以及超对称粒子。
有物理学家分析，一个质量小于130GeV的希格斯粒子让原来的标准模型变得很不完美。假如没有新物理原理，没有标准模型之外的新粒子，那么真空是不稳定的，能量达到一千亿GeV时，希格斯场将导致灾难。虽然这个能量很高，考虑到量子力学，只要时间足够长，那么真空总会在某一个地方开始衰变。
计算表明，这个等待时间长于宇宙的现在年龄。也就是说，如果希格斯粒子的质量真的是125GeV，标准模型肯定不是粒子物理的最后理论。如果足够幸运，大型强子对撞机将会发现部分新物理原理。
因此，物理学家们称：“2012年肯定不是世界末日。在物理学中，2012年将是激动人心的一年，很可能载入物理学史册甚至人类文明史册。”
（责任编辑：李平）
