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通往希格斯粒子之路

經過30年的追尋，科學家似乎找到了那難以捉摸的粒子。它奇特的性質意味著一個物理新時代可能就要來臨。

撰文?黎奧丹（Michael Riordan）東奈里（Guido Tonelli）吳秀蘭（Sau Lan Wu）
翻譯?高涌泉

2012年6月14日深夜，一群群在大強子對撞機（LHC）工作的博士後研究員以及研究生，開始查看一個剛打開的數據快記區。LHC這座巨大加速器坐落於日內瓦附近的歐洲核子研究組織（CERN），幾個月前，它才從冬天休眠狀態甦醒過來；自那時起，LHC已經產生了極大量的數據。但是LHC最大兩個實驗組的6000多名物理學家，卻很怕他們在分析數據之時，無意間加進了自己的主觀偏見，因此他們相約在6月中前完全不去知道結果，也就是執行所謂的「盲分析」，一直要等到6月中，在發狂挑燈夜戰之後，才揭開答案。

眾多年輕科學家徹夜分析剛開放的數據。雖然LHC這個巨大的對撞機「餵養」了很多實驗，但是只有其中兩個最大的實驗：超導環場探測器（ATLAS）與緊緻緲子螺管偵測器（CMS），才擔負著尋找希格斯玻色子（Higgs boson）的責任，這個大家找尋已久的粒子是粒子物理標準模型（即次原子世界的理論架構）唯一還沒補足的拼圖片。質子在這兩個實驗的龐大偵測器裡對撞，產生的次原子碎片源源噴出，由偵測器記錄下來。對於這些碰撞殘餘物仔細且獨立的分析，可能揭露一閃即過的新現象，其中或許包括那難以捉摸的希格斯粒子。但是偵測器必須過濾大量的粒子軌跡以及留下的能量，在此同時，還得忍受低能量背景粒子的不停衝擊，而有趣的訊號可能會被這些背景粒子遮蓋掉。這就好像一方面從消防水管喝水，同時還要用你的牙齒搜出幾粒很小的金子。

幸好，科學家知道自己要尋找的是什麼。在度過LHC啟動初期所遇上的災難性意外（2008年LHC啟動九天之後，連接兩個磁鐵的電路接頭發熱並熔化了，產生巨大的火花，刺穿附近的容器，因而釋出了幾公噸的氦氣，把幾十個昂貴的超導磁鐵從支座上扯了下來）之後，對撞機在2011年間已經蒐集了很多數據，足以看到希格斯粒子的初步跡象。

在LHC於2011年10月停止運轉（這是事先排定的冬季停機）之後，ATLAS的發言人吉亞諾提（Fabiola Gianotti）與當時CMS的發言人、同時也是本文作者之一的東奈里，於12月中在擠滿了人的CERN大講堂，一起給了一場特別的學術演講。這兩個實驗團隊都從數據中看到意味著希格斯粒子存在的跡象。