共同奮鬥，3000位科學家永久改變物理學進程

簡介：講述了希格斯玻色子被發現的經過，從1964年Peter Higgs預言希格斯玻色子的存在開始，到後來CERN高能粒子對撞機的建立，到後來的發現希格斯玻色子，來自世界各地的3000名科學家共同參與實驗，給物理學填上了缺失的一塊碎片。

物質客觀存在的一個理論，就是我們所知的粒子物理標准模型，這個理論解釋了自然界基本粒子（准確的說是17種基本粒子）與基本力的相互作用。在20世紀70年代，這一概念總結了當時所知曉的物質構成。

直到20世紀60年代，16種基本粒子才被發現，但還是有些不對勁。之後，就是在1964年，英國物理學家彼得希格斯公開了一份預測新粒子存在的論文，這個粒子能給予其他所有粒子質量，從而物質得以存在。與此同時，世界上其他物理學家也給出了一種非常相似的粒子。

希格斯玻色子被稱為“上帝粒子”，全世界都在尋找它。如果這個粒子確實存在，這將是標准模型中最後缺失的部份。它從未被發現，因為沒有哪個粒子加速器能提供足夠的數據去證實它。但是在它被首次猜測的半個世紀之後，謎底最終揭開。

2012年7月4日，科學家們宣布在大型強子對撞機中發現類希格斯玻色子。這個對撞機位於歐洲核能研究組織（CERN)。

標准模型已經構建

追夢——1994年12月，大型強子對撞機建設一路綠燈，花費近100億刀，是迄今為止最貴的科學儀器。

這個對撞機是世界上最大的和能量最強的粒子加速器，超導體周長達27公裏（17英裏）。它位於CERN地下一個100米的隧道內——大約一個足球場寬，橫跨法國和瑞士，位於日內瓦附近。

在加速器內部，兩道高能粒子束以接近光速來回運行，直到它們相互粉碎。在將近-271.3攝氏度，在這個比外層空間還要冷的超導體所形成的強磁場約束下，這些粒子束在加速器內環的四個地方碰撞，對應著四個粒子檢測器的位置：ATLAS, CMS, ALICE, 和LHCb。

這並未迎來開門紅，對撞機原計劃於2005年左右啟動，卻一直推遲到2008年9月才開機。之後，僅僅在上線一星期後，一個電路錯誤損壞了某個磁體，導致行動又停滯了一年半。

“ATLAS帝國不需夜晚，因為這裏無人困乏”

一旦啟動，針對邁克爾塔特斯所描述的皇冠上的明珠——希格斯玻色子的研究就開始了。塔特斯是哥倫比亞大學物理學教授，是ATLAS試驗成員之一，負責管理著美國分配給這個項目的物理學家。

即使物理學家沒有發現這個粒子，但他們的付出也是對該項領域的貢獻——這是一個沒有失敗的機構，塔特斯說，“即使你沒有發現它，這也可能相當的妙，”塔特斯告訴Inverse,因為這可能開拓出一項新的理論。

這個團隊——兩只隊伍在CERN——ATLAS和CMS。

實驗——兩組分工各有競爭。像兄弟姐妹，相互鼓勵相互比試。

這兩個團隊像一只軍隊，由近3000名物理學家組成，來自十幾個不同國家。

他們之間如何保持聯絡——研究員從近60個國家召集，這麼大的分布，有優點也有不足。

“這個有點像一個英國格言，大英帝國看不到落日。ATLAS帝國也沒有落日，因為總有這個幾個人在世界的某個地方清醒著。”塔特斯說。這是一項預料之外的福利——這意味著有人能在系統上一直工作，他解釋到。

來自世界不同地方的人“創造了一種相當有力地協同”，他說，“讓你從不同的視角觀看事物，並為分析研究帶來新的東西。”為保持正常聯絡研究員們一個在CERN開幾次協同會議。他們日常也用email，電話和其他多種視頻會議。但是塔特斯堅持認為，沒有什麼東西能替代這個經典的冷水機會議。

邁克爾塔特斯，ATLAS實驗成員之一，CERN。

為何共同協作對這項任務如此重要——粒子物理學從一開始就具有合作精神。塔特斯解釋其最基本原因是，“這純粹是由於不是在當地院校建些設施或者你後院有個加速器就能搞定的活。”“因此我認為廣泛的國際合作，這是深植於粒子物理DNA中的特性。”

盡管生活被顛倒，但讓研究者們和諧工作的就是科學。物理學家可能有點“女王氣質”，他開玩笑到。“但是這最終是奏效的，因為我們最終有一個共同目標，並希望共同為之奮鬥和實現。”

“沒有團結協作，就沒有希格斯粒子”

“你能讓來自不同文化、不同教派、不同觀念的人一起工作。但是出於某些原因，他們能在管理中走到一起並專注他們想做的事：科學。”

兩組不同的隊伍，為共同的目標，但是卻能形成良性競爭，塔特斯說，“如果兩個試驗出現同一現象，那麼你就有極大的信心認為這就是真理。”

這種在CERN培育的群體已經成為人類學家和社會學家的研究項目。如此多物理學家因共同的事業而設法去工作和協同，這是不可思議的！

那麼，他們成功了嗎？在2021年7月4日，這個ATLAS和CMS試驗共同宣布他們發現一個種質量在125GeV電子伏的新粒子——這很可能就是希格斯玻色子。

希格斯在CERN發表演講時，將這一發現描述為“發生在我有生之年的一件不可思議的事情。”在宣傳這一消息時，他還擦著激動的淚水。為防止人們在裏面露營，CERN禮堂也因此關閉了三天。

消息披露時，塔特斯正在紐約。這個消息在瑞士時間早上9點正式宣布的——美國西部時間淩晨3點。盡管這樣，他還是打算組織一場Party，把喜事告訴城裏相關的人。“但是我遇到兩種回答，一個是，7月4日淩晨3點——你夠瘋狂。另一個是——好消息！”

從祖父到兒童，大約一百來號人，全都高興地聚到一起。他描述這個值得慶祝的裏程碑是“激動時刻”。

在CERN，2013諾貝爾物理學宣布時刻（CERN)

在接下來的這年，就是2013年8月8日，因對希格斯玻色子理論的聯合研究，希格斯與比利時物理學家弗朗西斯科安格勒共同分享諾貝爾物理學獎。

下步是什麼——發現希格斯玻色子是一項不可思議的功績，但是這不是到此為止。這裏仍然有很多工作讓物理學家長時間投入。現在不是合上這個標准模型之書的時候，而是希格斯玻色子的發現打開了物理學的新道路。

現在最大的問題就是科學家所發現的粒子是不是如標准模型所描述的確確實實的希格斯玻色子，或者是其他不同的更複雜的東西。

但是，無論如何，發現這個粒子的裏程碑式成就無可質疑的是艱苦協作的成果。“最重要的是”，塔特斯說，“沒有協作，就沒有今天的發現。”

BY: inverse

FY: 龍城D哥

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