2012年度十大科学突破：上帝粒子居首

对于耗资55亿美元方才建成、直到启动日仍麻烦缠身的大型强子对撞机(Large Hadron Collider,简称LHC)，希格斯玻色子(Higgs Boson)确实是来自“上帝”的一个好消息。这颗在粒子物理学的标准模型中被最后发现的粒子，被充满敬畏地称为“上帝粒子”--科学家曾认为，它将能够解释物理学上其他基本粒子何以拥有重量的关键。

12月20日，希格斯玻色子被美国《科学》杂志列为本年度最重大科学突破。紧随其后，丹尼索瓦人基因组、基因组的精密工程、“好奇”号火星车的着陆系统等等，同时进入年度十大科学突破。

毫无疑问，“上帝粒子”的发现，是2012年最受关注的科学进展。媒体蜂拥，大众雀跃，“‘上帝粒子’日快乐。”流行乐团黑眼豆豆的主唱will.i.am在推特上写到。

此前，研究人员一直在观测位于瑞士的世上最大的粒子加速器LHC.就在7月4日，他们宣布发现了一个粒子，可能是研究者梦寐以求的希格斯玻色子。粒子物理学也许是科学领域中最详细和精确的理论，它描述了组成普通物质的粒子，但乍一看，这一标准模型似乎是无质量粒子的理论。这便是希格斯玻色子的来源：物理学家认为真空充满了“希格斯场”,粒子与希格斯场相互作用获得能量。

假设在40多年前，对希格斯玻色子的观察将使这整个标准模型变得完整。“目前面临的唯一问题，是它是否标志着粒子物理发现的新时代开端，还是该领域顺其自然的最后欢呼。”《科学》杂志在其刊布的文章中说。

《科学》选择希格斯玻色子，更因为它在知识性、技术性和组织性上获得的胜利。除了耗费巨资制造的27千米长的大型强子对撞机，欧洲粒子物理实验室的研究人员还为发现希格斯玻色子，制造了25米高、45米长的ATLAS粒子探测器，以及重达12500吨的CMS粒子探测器。

为了测试发现的粒子是否真的是希格斯玻色子，研究人员现在正在计算它衰变为其他粒子组合的比率。物理学家曾在之前做了类似的预测。1970年，当时只有3种夸克是已知的，理论家预言了第四种的存在，4年后即被发现。1967年，他们预言传递弱作用力的粒子存在，1983年W玻色子和Z玻色子被发现。

“粒子理论家提供了各种预言窍门。”《科学》杂志继续写道，“鉴于没有两个星系是完全相同的，而所有的质子是相同的。所以当碰撞它们时，物理学家无需担心这个质子或那个质子的特性，因为它们根本没有特性。”另一些理论家则认为，标准模型应将其预测能力归功于该理论基于数学对称概念的事实。“简而言之，对称性的观点是预测中强有力的工具。”

但希格斯玻色子的发现，标志着标准模型中已无预言可测试。“他们有充足的理由认为，标准模型并不是基础物理的最终结果……理论本身证明，希格斯玻色子和其他粒子之间的相互作用应该会使希格斯玻色子变得非常重。所以物理学家怀疑，潜伏在真空中的新粒子可能会抵消这种效果。”

实际上，科学家无法保证在大型强子对撞机LHC或其他可以想象的对撞机的工作范围内是否还存在着新的物理成分。“标准模型可能是所有宇宙内部运作中大自然愿意透露的全部。希格斯玻色子的发现是一个突破。粒子物理学家未来是否会再一次获得类似的突破呢?”