希格斯粒子发现10周年:物理史上与众不同的一天

作者: Achintya Rao

来源: Physics World

发布日期: 2022-07-06 15:54:12

本文回忆了10年前欧洲核子研究中心(CERN)宣布发现希格斯玻色子的重大日子,描述了当时的情景和科学家的兴奋之情。

在这篇文章中,曾在欧洲核子研究中心做过十多年科学传播的Achintya Rao,回忆了10年前欧洲核子研究中心(CERN)宣布发现希格斯玻色子的那一重大日子。2012年7月4日午夜12点一刻,我正在急急忙忙地赶往当晚从瑞士日内瓦的粒子物理实验室欧洲核子研究中心(CERN)回家的最后一班车。当我赶往车站时,我注意到CERN的主礼堂外已经开始排起了长队。

一些有进取心的学生在入口处睡着了,他们渴望在当天上午9点开始的研讨会上获得珍稀的座位。外面的夜色晴朗而安静,但几个小时后,实验室就会变得热闹非凡。因为,今天是CMS和ATLAS(注:超环面仪,LHC探测器之一)合作宣布发现希格斯玻色子的日子。

人们在几个月前已经开始期待了,而且并不仅限于科学界。

2011年12月13日,在CERN的年终特别研讨会上,ATLAS发言人法比奥拉·吉亚诺蒂和CMS发言人奎多·托内利介绍了每个合作机构寻找希格斯玻色子的最新结果。到2011年底,LHC已经为ATLAS和CMS提供了足够的对撞能量(7 TeV),使得合作机构能够在预计可以发现粒子的质量范围内进行搜寻。吉亚诺蒂一边说着,一边展示着ATLAS在寻找希格斯玻色子时排除的区域,掩饰不住自己的兴奋。

然而,那些未经排除的区域仍然令人好奇。在125 GeV附近出现了一个轻微的超出,其显著性为2.8σ——明显低于宣布新发现所需的5σ,但足以让在场的每个人看到希望,即粒子物理标准模型的最后一块拼图已经在我们的掌握之中。

在粒子加速器上寻找新的粒子涉及一些侦查工作。当两个质子在LHC中对撞时,它们可能会产生许多重粒子中的任何一种,包括以前未见过的粒子,如希格斯玻色子。

但由于这些粒子不稳定,它们几乎在瞬间转变或“衰变”为更轻、更稳定的粒子,如轻子(电子或μ子)和强子(如中子)。这些衰变粒子以接近光速的速度穿过ATLAS/CMS探测器,在各个子探测器的敏感单元留下痕迹和能量沉积。通过汇总数十亿次碰撞事件在探测器中留下的粒子轨迹和能量的最终状态,物理学家可以反过来确定碰撞中产生的原始粒子是什么。

通常使用衰变产物的质量分布图来检查数据,数据中的显著凸起对应的是特定粒子的存在。

在2012年7月4日那个历史性的日子,睡了没几个小时后,我在早上6点15分乘坐电车回到了CERN。当我沿着走廊走向主礼堂时,我惊讶地看到门口排起了蜿蜒的队伍。我在前一天晚上看到的那些进取的学生仍然排在前面。

长队从礼堂入口处蜿蜒到楼梯平台,然后沿着楼梯走下;经过邮局、银行和小卖部,进入CERN的1号餐厅;它一直延伸到指向阿尔卑斯山侧翼的咖啡机,然后继续前进,排出了餐厅。由于礼堂前面的黄金位置已经预留给了高级研究人员和政要,排队的人多到可以把空位填满好几次。尽管知道他们没有办法进去,但排队的人脸上都挂着灿烂的笑容。

最终,只有少数人能够进入礼堂,聚集的人群不得不分散到实验室的几个会议室,那里将直播主礼堂的会议活动。

接下来的事情对我来说仍然是模糊的。新闻发布会在议会厅举行,我们几乎无法抑制自己的兴奋。研讨会和新闻发布会结束时已接近午餐时间,尽管我们中的许多人聚集在餐厅,但大多数人都兴奋得吃不下饭。整个下午我们都在热切地与同事和朋友聊天,并不急于回去工作。

考虑到在过去几周里每个参与者都投入了很长时间,没有人拒绝沉浸在庆祝活动中。我们中的一些人带着满足感看着传统媒体和社交网络上的喧嚣。世界已经永远地改变了,我们现在处于后希格斯时代。

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