上帝粒子现身 99.9999％确定解宇宙之谜

信源：凤凰网

被喻为「上帝粒子」、是一切物质质量之源的希格斯玻色子（Higgs Boson），在科学家追寻近半世纪后终于现身！欧洲核子研究组织（CERN）昨宣布，发现一种微细粒子，其「性质与希格斯玻色子一致」，简单来说就是已找到希格斯玻色子，CERN形容新发现是「了解宇宙的新里程」。

1964年提出希格斯玻色子理论、如今已83岁的英国物理学家希格斯（Peter Higgs）昨亲临CERN见证这历史时刻。他说﹕「我从来没有想过这会在我有生之年发生，（我）会请家人雪一些香槟（庆祝）。」与他分开发表有关理论的79岁比利时物理学家恩勒特（Francois Englert）亦激动得眼泛泪光。

质量之源 现代物理学关键

科学家一直都想了解物质的质量从何而来，以及为何一些物质如光线不含质量。直到希格斯提出理论，假设有一种神秘粒子（也就是希格斯玻色子）赋予万物质量、令各式粒子能够凝聚起来，现代粒子物理学的「标准模型」理论，才得以自圆其说。根据希格斯的理论，一些粒子遇上希格斯玻色子，结果就慢下来并得到质量，但像光一类粒子则没有。

不过希格斯玻色子却是「标准模型」62种基本粒子中，唯一仍未发现的。由于它难以寻觅又极为重要，因此被称作上帝粒子。追寻上帝粒子由去年起渐入高潮，CERN运用全球最大的强子对撞机（LHC），进行无数次的质子与质子高速对撞，模拟宇宙大爆炸瞬间的状况，终发现希格斯玻色子存在的蛛丝马迹。

香港大学物理系的潘振声博士向本报解释，粒子物理学领域以统计学的标准误差（sigma）概念，去计算实验的准确度，一般来说大于5个sigma（误差少于350万分之一）才算是发现。去年底，CERN的科学家就公布，希格斯玻色子质量介乎115至130GeV/c2（衡量粒子质量单位）之间的可能性，有2.4个sigma，意即准确度达98%，但仍未达到5个sigma的科学认证水平。

直至昨天，CERN两组独立研究队ATLAS和CMS公布实验结果，指希格斯玻色子质量在125至126GeV/c2（相当于光子质量逾130倍）的可能性，达到4.9至5个sigma。5个sigma意即实验出错机会小于350万分之一（即准确度达99.99998％）。即使只以4.9个sigma而论，这数字意味，实验搞错的机会率只有0.00006％。

意义如60年代登月计划

有科学家将今次发现，与1960年代的阿波罗登月计划相提并论。根据学术性的讲法，科学家只是找到与希格斯玻色子「性质一致」的新粒子，要确定「新粒子」就是希格斯玻色子，还需要更多实验数据，但CERN秘书长霍尔（Rolf Heuer）直言：「作为普通人，我会说已经找到（希格斯玻色子）。」根据「标准模型」预测，希格斯玻色子只能在短时间内保持完整，之后会衰变为不同粒子。专家会透过更多强子对撞机实验，研究这些变化是否符合「标准模型」中的希格斯玻色子假设。

霍金輸百美元賭注 希格斯諾獎在望

對於CERN發現希格斯玻色子，英國著名物理學家霍金昨形容，這是一個重大成就，「希格斯應獲諾貝爾」，「但這有點可惜，因為物理學的大突破，往往來自一些給我們帶來意想不到結果的實驗。但無論如何，我似乎賭輸了100美元」。

霍金2008年曾押注100美元，跟人打賭歐洲強子對撞器（LHC）找不到希格斯玻色子，還說「如果沒發現它，會更令人興奮，那就表示（現有物理學理論）某些地方出了錯，必須重新思考」。霍金這番話惹來希格斯不悅，反批霍金研究「做得不夠好」，「他把粒子物理學的理論與重力學扯在一起，沒有任何一位理論學派粒子物理學家會認為這是正確的。」

1964年7月16日，希格斯在愛丁堡大學的圖書館，閱讀一篇與他的觀點完全不同的文章，一種想法「開始產生」。幾天後，他回到辦公室，關於粒子如何獲得質量的理論，已在腦中成形。之後兩周，他開始撰寫兩篇有關希格斯玻色子的論文，它們後來成了現代粒子物理學的基礎，但諷刺的是，當年他的論文，卻被設在CERN的《歐洲物理學快報》編輯退回，經修改過後，才獲美國《物理評論通訊》採用。

爭尋「上帝」 歐捷足先登挫美

質量是物體中含有多少物質的度量，如果沒有質量，構成現有物體的基本粒子，都將以光速移動，宇宙間的物質就不能凝聚起來。這就是科學家一直希望印證希格斯玻色子存在的原因。尋找希格斯玻色子的唯一方法，就是把兩個質子束加速到接近光速，相互對撞，從而撞出只有在極高能量狀態下才能產生的基本粒子。擁有這種強大儀器，目前就只有歐洲和美國。

歐美在尋找「上帝粒子」的競賽中，一直希望搶先對手，在實驗中達到5個sigma的「發現」級準確度。在CERN公布結果前夕，美國能源部屬下的費米國家加速器實驗室亦宣布，他們的最新數據「強烈表明」希格斯玻色子的存在，但仍未達到5個sigma的級數。

粒子物理學領域，美國與歐洲一直互有領先，競爭如此激烈，皆因這關乎美國和歐洲的科學權威，若美國科學家搶先發現希格斯玻色子，將會為其近代科學領域取得的主要成就，畫上完美句號。若被歐洲捷足先登，將被視為對美國的一次打擊。CERN在1980年代準備籌建大型強子對撞機（LHC）時，就把證實「上帝粒子」存在視為奮鬥目標，在LHC在2010年啟用前，美國費米的Tevatron一直是全球最強大的對撞機，惟最後始終敗在歐方手上。

在科学家寻找了四十五年之后，欧洲核子研究中心（ＣＥＲＮ）的科学家四日宣布，他们找到了「很像是」有「上帝粒子」之称的希格斯玻色子（Higgs boson）的新次原子粒子，虽然还不是百分之百确定，已足以让科学界为之振奋。

希格斯玻色子是物理学的「圣杯」，是最后一种未被证明存在的基本粒子，能解释物质为何有质量，进而解释宇宙生命的起源。英国物理学家希格斯（Peter Higgs）一九六四年提出这种粒子存在的假设，因而以他的名字命名。由于它难以寻觅又极为重要，因此也被称为「上帝粒子」。

位于日内瓦ＣＥＲＮ的大强子对撞机（ＬＨＣ）的两个实验团队ＣＭＳ和ＡＴＬＡＳ在各自的实验中，都观察到新粒子。实验团队宣布结果时，全场起立鼓掌，欢声雷动，希格斯本人感动拭泪。他说：「我要恭喜参与这项成就的每一个人，能在我有生之年看到，真了不起。」

ＣＥＲＮ声明说：「找到的粒子与希格斯玻色子吻合。」但还需要更多数据确认。

ＣＥＲＮ负责人霍尔说：「我们对自然的了解，达到新里程碑。」

找到希格斯玻色子将证实「标准模型」理论，此理论找出物质的基本粒子与基本力。在爱因斯坦相对论解决了重力问题后，科学家建立起称为「标准模型」的粒子物理学理论，把基本粒子分为三大类：夸克、轻子和玻色子。

但此理论有几个缺口，其中最大的缺口是，为何有些粒子有质量，有些粒子则无。希格斯认为，玻色子存在于一百三十七亿年前「大爆炸」所创造的一个看不见的场，后来称为「希格斯场」。一些粒子与玻色子相遇后速度变慢，变成有质量，其它一些粒子，例如光子，则未碰到障碍，因而无质量。

ＣＥＲＮ利用大强子对撞机进行亿万接近光速的质子对撞，产生次原子遗迹，从中寻找色玻子的蛛丝马迹。

大强子对撞机实验投入成千上万的物理学家和数以十亿计美元，寻找希格斯玻色子，是继发现夸克之后，最大规模的物理现象观察。

科学家从几兆个迹象中逐渐缩小希格斯色玻子可能存在的质量范围，最后锁定一二五到一二六千兆电子伏特（ＧｅＶ）。

ＣＭＳ团队宣称，在质量为一二五点三ＧｅＶ的数据中，看到新粒子，确定性达到四点九标准差，也就是说，新粒子不是希格斯玻色子的机率为两百万分之一。

ＡＴＬＡＳ团队的结果更乐观，发言人吉安诺提说：「我们在大约一二六ＧｅＶ的质量范围，观察到清楚的新粒子迹象，确定性达到五标准差。」不是希格斯玻色子的机会，只有三百五十万分之一。