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北京时间2012年7月4日下午3点，日内瓦当地时间上午9点，紧凑μ子线圈(CMS）国际合作组发言人乔·因坎德拉（Joe Incandela）和超环面仪器（ATLAS）国际合作组发言人法比奥拉·贾诺蒂（Fabiola Gianotti）在欧洲核子研究中心（CERN）先后报告了他们在大型强子对撞机（LHC）上寻找希格斯玻色子（Higgs Boson）的最新实验结果。出现在报告会现场的英国著名理论物理学家彼得·希格斯（Peter Higgs）和另外几位在1964年几乎与他同时提出“希格斯机制”的理论家尤其引人注目，这似乎预示着一个与希格斯粒子有关的重大发现即将揭开序幕。

图. 希格斯教授

果然，ATLAS和CMS合作组的科学家们在分析了2011年和2012年所获取的假想希格斯粒子的双光子和四轻子衰变道后发现，他们能够重建出质量分别为125.3GeV和126.5GeV的新粒子信号，其置信度都处在5个标准差。每GeV等于10亿电子伏，这般质量的新玻色子最有可能就是统一描述电磁力与弱核力的标准模型所预言的希格斯粒子。正如欧洲核子研究中心主任若夫·豪耶（Rolf Heuer）所评论的那样，“我们已经行至理解自然奥秘的一座里程碑。发现1个与希格斯玻色子相符的粒子开启了确定该新粒子性质的更详细研究之路，后者需要更高的统计量。这一发现还有可能揭示其他宇宙之谜。”

ATLAS与CMS实验组所分析的双光子和四轻子衰变道都有非常好的质量分辨率，它们对于确定新粒子的信号具有相互补充的作用。双光子衰变道的事例数较大，但是相应的噪声本底也较大。与之相反，四轻子衰变道的信号事例较少，但是背景事例也较少。在标准模型中，希格斯粒子可以通过单圈图衰变成2个光子；也可以在树图水平先衰变到2个中性Z玻色子，后者再衰变成4个轻子（如电子和正电子或者μ子和反μ子）。通过这两种衰变道，ATLAS和CMS合作组都在“不变质量”约等于126GeV的附近观测到了明显超出预期背景的信号。经由统计分析来拟合双光子和四轻子衰变道以及其他有关的测量结果，两个实验组获得了约5个标准差的置信度，也就是说倘若这个与希格斯粒子十分相像的新粒子不存在的话，那么只有300万分之一的概率观测到上述信号。换句话说，该新粒子信号的存在几乎是肯定的，而且它很有可能就是标准模型的希格斯玻色子。

CERN报告会的现场座无虚席，科学家们在获悉了CMS和ATLAS的实验结果之后激动不已，全场不断爆发出热烈的掌声。83岁高龄的希格斯教授更是喜极而泣，他说没有想到自己能在有生之年目睹这样伟大的发现，因为他已经为此苦等了48年！那么，为什么这个很可能是希格斯粒子的新粒子的发现会引发人们如此强烈的关注呢？

1964年，希格斯等人发现，如果一个系统具有连续的局域对称性，也就是规范对称性，那么该对称性的自发破缺并不会引入质量为零的南部－戈德斯通玻色子（Nambu-Goldstone Boson），而是使相应的规范玻色子获得质量。这种规范对称性自发破缺的模型后来被称作希格斯机制。1967年，美国理论物理学家史蒂文·温伯格（Steven Weinberg）首次完整地建立了利用SU(2)×U(1)规范理论结合希格斯机制来统一描述弱相互作用和电磁相互作用的模型，即标准模型。希格斯机制的作用在于实现规范对称性的自发破缺，从而使得除了光子之外的其他基本粒子获得有限的质量，并产生1个自旋为0的标量粒子，叫做希格斯粒子。由于希格斯粒子在标准模型中的特殊角色，它被诺贝尔物理学奖得主利昂·莱德曼（Leon Lederman）在其1993年出版的科普著作中戏称为“上帝粒子”（God Particle）。一旦目前针对希格斯玻色子所做的初步发现被进一步的实验分析所证实，那将意味着科学家们最终得以实现对标准模型粒子谱的完整确定。

ATLAS和CMS合作组刚刚公布的实验结果是他们去年12月所公布的实验结果的升级版。两个实验组的下一步工作是测量这个新粒子的特性，以期确认它是否就是标准模型所预言的希格斯粒子。假如该粒子只是一个更大的希格斯粒子家族的成员之一，或者根本就是一种完全不同于希格斯粒子的新粒子，那么人们将面对一个超出标准模型的新物理世界。这样的可能性无疑会提升整个高能物理学界的兴奋点，因为许多科学家都不相信标准模型是一个完备的理论，至少它无法解释中微子质量起源与中微子振荡现象、宇宙的物质-反物质不对称现象、暗物质与暗能量问题，等等。

预期大型强子对撞机将在2012年底停机，到时候它会提供两倍于目前的实验数据。如果机器的升级进程一切顺利，它将在2014年再次启动并以14TeV（即14000GeV）的设计能量运行，寻找各种可能的新物理现象。另一方面，希格斯粒子的发现一旦确实，很可能会催生“希格斯工厂”的建立，即一种能够海量产生希格斯粒子从而精确研究它的各种基本性质的高能正负电子对撞机。也许人类在能量前沿的求是和探索还有很长的路要走，但可以肯定的是，前途一定充满激动人心的机遇和挑战。

（本文发表于《科学世界》2012年第8期）