中國人為“上帝粒子”貢獻了什么

　　“我們現(xiàn)在的發(fā)現(xiàn)看上去也許很遙遠，但對未來生活的影響不可估量”。
　　7月4日這天的全球視頻發(fā)布會一開始，歐洲原子研究中心主任，一位花白胡子老爺爺，就“賣了個萌”。
　　“今天是一個非常特殊的日子！第一次舉行跨大洲的高能物理視頻會議！”他對全世界的頂級物理學家表示，將要介紹一個特殊粒子的數(shù)據(jù)。但是他說，自己忘記這個粒子叫什么了。
　　“上帝粒子！”電腦前，好多中國科普愛好者不約而同叫了出來。大家都是因為“希格斯—玻色子”而守候在屏幕前——它被認為是宇宙形成的關鍵，給予幾乎所有其他粒子質(zhì)量。
　　換句話說，質(zhì)子、粒子的源頭都是它。如果一直無法找到“希格斯—玻色子”，物理課本就是一本“假設教材”。
　　為了尋找“希格斯-玻色子”，過去兩年里，全世界有數(shù)十萬臺計算機在運行歐洲大型強子對撞機產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。其中，就包括位于北京的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
　　中國人也承擔了歐洲大型強子對撞機的建造。在核心的CMS探測器中，有五分之一是由中國團隊制造并安裝的。
　　“從資金上講，我們承擔了CMS經(jīng)費的1%。”中科院高能物理研究所研究員、CMS中國組負責人陳國明對《瞭望東方周刊》解釋說。CMS是大型強子對撞機中專門用來尋找“上帝粒子”的儀器。此外中國科學家還參與了其他部分的研究和建設。
　　令陳國明自豪的是，他的團隊創(chuàng)造了新的分析方法，使尋找“希格斯—玻色子”的靈敏度提高了30%，“到去年，美國麻省理工學院的一個組又在我們研究的基礎上，將靈敏度提高了10%。”
　　人類尋找“上帝粒子”的努力邁出了一大步，而中國在這條征途上還需要加緊追趕。
　　我們對宇宙的理解將要改變
　　對于這場關于“上帝粒子”的發(fā)布會，英文推特上的一段對話大概能代表絕大多數(shù)人的心聲：“我完全不知道他們在說什么。”“嘿，有幾個詞我好像認識！”
　　即使到最后，歐洲原子研究中心主任公布的結論也讓不少人一頭霧水：“我們發(fā)現(xiàn)了一個粒子，和已知的SM相符合。”
　　SM就是“標準模型”，在1967年由物理學家溫伯格提出。他認為，一切物體都是由輕子和夸克這兩大類基本而不可再分的粒子構成。“標準模型”理論在1979年獲得諾貝爾獎。
　　目前，它預言的61種基本粒子已有60種被發(fā)現(xiàn)，只有“希格斯—玻色子”除外。而如果無法找到“希格斯—玻色子”，“標準模型”就無法完全驗證，物理學的基礎就存在疑問。
　　“希格斯—玻色子”的存在是由英國理論物理學家彼得.希格斯與其他五名科學家在1964年預言的。他們在7月4日這天一同來到現(xiàn)場，迎接歡呼和掌聲。83歲高齡的希格斯說，“我從未想過能在有生之年等到結果。”
　　不過，科學家們?nèi)匀粺o比謹慎。隸屬于歐洲原子研究中心的歐洲大型強子對撞機中有4個探測器—— LHCb、ALICE、CMS、ATLAS。其中CMS專門用來尋找“希格斯-玻色子”，ATLAS用來尋找新的物理學跡象，都是最為核心的裝置。其他兩個和“上帝粒子”關系不大。
　　CMS的發(fā)言人講了尋找“希格斯—玻色子”的過程：先觀測到某些粒子衰變之后產(chǎn)生的光子等其他粒子，反推這些光子會不會是大型強子對撞機中粒子碰撞產(chǎn)生的“上帝粒子”衰變而來的。
　　最后，發(fā)言人說，研究達到5個標準誤差，即99.99994% 的可信度，全場猛烈鼓掌。但這位紳士裝束的中年人的確沒有說發(fā)現(xiàn)了什么。
　　5個標準誤差在粒子研究領域就代表著“發(fā)現(xiàn)”。幾個月前，美國費米國家實驗室也宣布發(fā)現(xiàn)了“希格斯—玻色子”，但并沒有達到這一標準誤差水平。
　　其實在此之前，人們只知道“上帝粒子”的長度：十億分之一米，再除以100萬。但是科學家現(xiàn)在可以宣布，“新粒子”的質(zhì)量是氫原子核的 133 倍左右。
　　最終，歐洲原子研究中心發(fā)布說：“我們觀測到一個粒子，與一個‘希格斯-玻色子’相符，但不確定是哪一個玻色子。”
　　科普網(wǎng)站“果殼網(wǎng)”解釋說：“有個東西，看起來像大象，聽起來像大象，摸起來也像大象，但我就是不知道它是不是大象。”
　　無論如何，歐洲原子研究中心這個全世界最嚴肅的科學研究機構在官方主頁斷言：“我們對宇宙的理解，將要改變！”
　　中國人貢獻了什么
　　歐洲大型強子對撞機位于法國和瑞士邊境的地下，放置于一條長27公里的圓形隧道內(nèi)。它在2010年3月正式啟動后，每秒鐘都進行上千萬次爆炸：粒子被環(huán)形管道加速后，不斷碰撞。每個對撞點上都有啤酒桶型的粒子探測器，用以采集數(shù)據(jù)。
　　這些數(shù)據(jù)先到達日內(nèi)瓦的歐洲原子研究中心中央計算機，再分送給5個地區(qū)的一級計算機中心，然后抵達上百個二級計算機中心。中科院高能物理所就擁有一個二級中心。
　　最終，數(shù)據(jù)進入全世界80多個國家地區(qū)的幾十萬臺計算機中。僅CMS組和ATLAS組科學家就有超過5000位。
　　處于CMS核心數(shù)據(jù)處理位置的科學家有50多人，其中包括4名中國人。此外，中國人也參與了ATLAS組。尋找“上帝粒子”整個項目的中國負責人是中科院高能物理研究所所長陳和生院士。
　　僅在籌備階段，大型強子對撞機就花費了來自40個國家的60億歐元。它每運轉(zhuǎn)1小時，就需要超過134萬元人民幣。這筆經(jīng)費由參與實驗的各國分擔。中國在CMS和ATLAS項目上分別投入了1%和0.5%的經(jīng)費。
　　中國部分的經(jīng)費來自三家單位：國家自然科學基金委、科技部、中國科學院。參與建造CMS和ATLAS的單位是中科院高能物理研究所、中國科技大學、山東大學以及南京大學。
　　“我在2000年前后開始加入這個包括30多個國家科研人員的CMS探測器建造團隊，2003年開始正式制造。”陳國明說，“中國參與的主要部分是探測器端蓋上的繆子探測器，就好比啤酒桶的蓋子。”
　　CMS探測器端蓋是一個很大的系統(tǒng)，里面有三分之一是由陳國明所在的團隊建造并安裝調(diào)試的，另外還有北京大學的科研人員參與了觸發(fā)系統(tǒng)的制造。
　　據(jù)悉，中國科研人員還承擔了CMS探測器的支架研制工作，“這個支架是可以移動的，還有里面的地板、軌道等，另外探測器電磁量能器的晶體由上海一家單位研制，它在尋找希格斯子中起到很大作用，因為光子就是靠這個晶體來測量的”。
　　看上去遙遠的發(fā)現(xiàn)，影響將不可估量
　　中國對“上帝粒子”的付出，回報是可以分享歐洲大型強子對撞機得到的數(shù)據(jù)。
　　目前北京的正負電子對撞機，曾被陳和生稱為“我們國家第一個大科學裝置”。這個裝置于1984年動工，由鄧小平親自奠基。1988年正負電子對撞機建成，鄧小平在落成典禮上表示，中國要在世界高科技領域占領一席之地。
　　目前全球有六個頂級高能物理研究中心。亞洲是中科院高能物理研究所和日本高能所，歐洲是意大利和歐洲原子研究中心，美國則是芝加哥附近的菲利實驗室以及紐約長島的凱文實驗室。陳和生表示，中科院高能物理研究所在六大機構中處于中游。
　　自北京正負電子對撞機開始，上海、蘭州、東莞等地相繼建設此類大型加速器，列入“十二五”規(guī)劃的此類大型裝置總造價超過20億元人民幣。
　　但是，北京正負電子對撞機的周長是240米，能量約達40億電子伏特；而歐洲大型強子對撞機周長2