中國人為“上帝粒子”貢獻(xiàn)了什么

　　“我們現(xiàn)在的發(fā)現(xiàn)看上去也許很遙遠(yuǎn)，但對(duì)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(huì)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(gè)萌”。
　　“今天是一個(gè)非常特殊的日子！第一次舉行跨大洲的高能物理視頻會(huì)議！”他對(duì)全世界的頂級(jí)物理學(xué)家表示，將要介紹一個(gè)特殊粒子的數(shù)據(jù)。但是他說，自己忘記這個(gè)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?yàn)椤跋８袼埂Ｉ印倍睾蛟谄聊磺啊徽J(rèn)為是宇宙形成的關(guān)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(shè)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(tái)計(jì)算機(jī)在運(yùn)行歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)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(dān)了歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的建造。在核心的CMS探測器中，有五分之一是由中國團(tuán)隊(duì)制造并安裝的。
　　“從資金上講，我們承擔(dān)了CMS經(jīng)費(fèi)的1%?！敝锌圃焊吣芪锢硌芯克芯繂T、CMS中國組負(fù)責(zé)人陳國明對(duì)《瞭望東方周刊》解釋說。CMS是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中專門用來尋找“上帝粒子”的儀器。此外中國科學(xué)家還參與了其他部分的研究和建設(shè)。
　　令陳國明自豪的是，他的團(tuán)隊(duì)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(xué)院的一個(gè)組又在我們研究的基礎(chǔ)上，將靈敏度提高了10%?！?br/>　　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(duì)宇宙的理解將要改變
　　對(duì)于這場關(guān)于“上帝粒子”的發(fā)布會(huì)，英文推特上的一段對(duì)話大概能代表絕大多數(shù)人的心聲：“我完全不知道他們?cè)谡f什么?！薄昂?，有幾個(gè)詞我好像認(rèn)識(shí)！”
　　即使到最后，歐洲原子研究中心主任公布的結(jié)論也讓不少人一頭霧水：“我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)粒子，和已知的SM相符合?！?br/>　　SM就是“標(biāo)準(zhǔn)模型”，在1967年由物理學(xué)家溫伯格提出。他認(rèn)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(gòu)成?！皹?biāo)準(zhǔn)模型”理論在1979年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。
　　目前，它預(yù)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(biāo)準(zhǔn)模型”就無法完全驗(yàn)證，物理學(xué)的基礎(chǔ)就存在疑問。
　　“希格斯—玻色子”的存在是由英國理論物理學(xué)家彼得.希格斯與其他五名科學(xué)家在1964年預(yù)言的。他們?cè)?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(jié)果?！?br/>　　不過，科學(xué)家們?nèi)匀粺o比謹(jǐn)慎。隸屬于歐洲原子研究中心的歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中有4個(gè)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(xué)跡象，都是最為核心的裝置。其他兩個(gè)和“上帝粒子”關(guān)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(huì)不會(huì)是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)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(dá)到5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)誤差在粒子研究領(lǐng)域就代表著“發(fā)現(xiàn)”。幾個(gè)月前，美國費(fèi)米國家實(shí)驗(yàn)室也宣布發(fā)現(xiàn)了“希格斯—玻色子”，但并沒有達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)誤差水平。
　　其實(shí)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(xué)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(gè)粒子，與一個(gè)‘希格斯-玻色子’相符，但不確定是哪一個(gè)玻色子?！?br/>　　科普網(wǎng)站“果殼網(wǎng)”解釋說：“有個(gè)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?！?br/>　　無論如何，歐洲原子研究中心這個(gè)全世界最嚴(yán)肅的科學(xué)研究機(jī)構(gòu)在官方主頁斷言：“我們對(duì)宇宙的理解，將要改變！”
　　中國人貢獻(xiàn)了什么
　　歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)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(dòng)后，每秒鐘都進(jìn)行上千萬次爆炸：粒子被環(huán)形管道加速后，不斷碰撞。每個(gè)對(duì)撞點(diǎn)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(dá)日內(nèi)瓦的歐洲原子研究中心中央計(jì)算機(jī)，再分送給5個(gè)地區(qū)的一級(jí)計(jì)算機(jī)中心，然后抵達(dá)上百個(gè)二級(jí)計(jì)算機(jī)中心。中科院高能物理所就擁有一個(gè)二級(jí)中心。
　　最終，數(shù)據(jù)進(jìn)入全世界80多個(gè)國家地區(qū)的幾十萬臺(tái)計(jì)算機(jī)中。僅CMS組和ATLAS組科學(xué)家就有超過5000位。
　　處于CMS核心數(shù)據(jù)處理位置的科學(xué)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(gè)項(xiàng)目的中國負(fù)責(zé)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(qiáng)子對(duì)撞機(jī)就花費(fèi)了來自40個(gè)國家的60億歐元。它每運(yùn)轉(zhuǎn)1小時(shí)，就需要超過134萬元人民幣。這筆經(jīng)費(fèi)由參與實(shí)驗(yàn)的各國分擔(dān)。中國在CMS和ATLAS項(xiàng)目上分別投入了1%和0.5%的經(jīng)費(fèi)。
　　中國部分的經(jīng)費(fèi)來自三家單位：國家自然科學(xué)基金委、科技部、中國科學(xué)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(xué)、山東大學(xué)以及南京大學(xué)。
　　“我在2000年前后開始加入這個(gè)包括30多個(gè)國家科研人員的CMS探測器建造團(tuán)隊(duì)，2003年開始正式制造?！标悋髡f，“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(gè)很大的系統(tǒng)，里面有三分之一是由陳國明所在的團(tuán)隊(duì)建造并安裝調(diào)試的，另外還有北京大學(xué)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(dān)了CMS探測器的支架研制工作，“這個(gè)支架是可以移動(dòng)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?yàn)楣庾泳褪强窟@個(gè)晶體來測量的”。
　　看上去遙遠(yuǎn)的發(fā)現(xiàn)，影響將不可估量
　　中國對(duì)“上帝粒子”的付出，回報(bào)是可以分享歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)得到的數(shù)據(jù)。
　　目前北京的正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，曾被陳和生稱為“我們國家第一個(gè)大科學(xué)裝置”。這個(gè)裝置于1984年動(dòng)工，由鄧小平親自奠基。1988年正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)建成，鄧小平在落成典禮上表示，中國要在世界高科技領(lǐng)域占領(lǐng)一席之地。
　　目前全球有六個(gè)頂級(jí)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(shí)驗(yàn)室以及紐約長島的凱文實(shí)驗(yàn)室。陳和生表示，中科院高能物理研究所在六大機(jī)構(gòu)中處于中游。
　　自北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)開始，上海、蘭州、東莞等地相繼建設(shè)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(jià)超過20億元人民幣。
　　但是，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的周長是240米，能量約達(dá)40億電子伏特；而歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)周長2