一项诺贝尔奖的诞生

译者:斯眉 | 发布: | 发布时间:2014-03-10,星期一 | 阅读:1,848

原文:The Higgs Boson: How a Nobel Prize Gets Won — Editor’s Picks — Medium
原作者:Ian Sample

2012年7月4日上午,早晨七点刚过,欧洲核子研究委员会负责人罗尔夫-特尔霍·霍耶尔到达了工作地点,准备向世界介绍一种新型粒子——一种让宇宙一切物质拥有质量的粒子。现场挤满了工作人员和学生,霍耶尔想确保这一天顺利地度过。

在世界最大的粒子物理实验室入口,记者和摄制人员在阳光下边聊天边等待着前往实验室主楼的往返班车。在那儿,魁梧的保安穿着笨重的黑皮靴,时不时地在聚集的人群挤作一堆时,微笑着维持一下秩序。

九点过几分,满头银丝的霍耶尔身穿炭灰色西装、黑衬衫走过来,从欧洲核子研究委员会技术人员手中接过麦克风,转身面向礼堂里的观众们。在房间后面,在大楼外等候了一夜、身体疲惫的学生们抬起头揉了揉眼睛。奇迹即将被揭晓。

在礼堂前面,为捕捉希格斯玻色子而终其一生的物理学家们静候着每一个字。霍耶尔首先欢迎他们的到来,之后,双手握住话筒开始讲话。“今天,”他说,“是个特殊的日子。”

前一天晚上,彼得·希格斯享受了一场安静的庆典,正是这位物理学家于1964年首次提出在宇宙中存在着另一类未被发现的粒子。约翰·埃利斯,伦敦国王学院 的教授,邀请83岁的老朋友及其他同事来到他在特纳的家中,这是一座小村庄,坐落在日内瓦,从欧洲核子研究中心开车向北,很快就能到。房子位于一座老苹果 园里,掩映在一片恣意生长的紫藤之中。

约翰的哥伦比亚籍妻子端出乳酪面包后,又去准备免翁牛柳和蛋奶酥(用在花园里的苹果和薄荷制成),这群物理学家则到室外享受温热的夏夜,还开了瓶香槟。

***

那个七月的清晨,霍伊尔介绍了几位上台发言的人。要说的太多了。经过了20年的研究、数十亿美元的投入、成千人的付出,对希格斯玻色子粒子的探索终于被浓缩到大约一百张幻灯片上。片子一张张地播放着,观众完全被吸引住了。

取得成果的过程是缓慢的。欧洲核子研究组织利用大型原子撞击粒子加速器(专用于捕捉宇宙中神秘物质的仪器)收集证据。现在,每个人都等着倾听研究者们对这项研究到底有多大把握。

在物理学中,新粒子研究的临界值被称为“5西格玛”,即每350万次操作中允许有一次失误。美国加州大学圣塔芭芭拉分校的乔·因坎德拉认为,在最少干涉下取得的数据显示,5西格玛标准是有效的。当幻灯片播放到这个部分时,礼堂里响起热烈的喝彩和掌声。

随后,意大利物理学家法比奥拉·吉亚诺提对两项不同的分析加以对比。结果是两种结果都立论充分,然而,当她点击那张展示着两个结果的幻灯片时,全场顿时欢声雷动。在一个红色小盒子里触发信号亮起,上面写着:“5.0西格玛”。

观众们欣喜若狂,掌声不断。

法比奥拉试着让大家平静下来。“我还没说完,后面还有更多,请耐心点,”她对台下的人群说,但他们已经听到了自己想听的,无暇顾及其它。

当她讲解完毕,台下再次爆发出雷鸣般的掌声。观众们站起来,欢呼着、雀跃着、吹着口哨。这便是欧洲核子研究组织20多年付出所获得的回报,从得知玻色子可能在对撞机中衰变,到建立大型强子对撞机,并找到这种粒子,真可谓步步艰辛。

观众反应之热烈出乎彼得·希格斯的意料。他从口袋里掏出一块皱巴巴的白手帕,摘下眼镜擦拭眼泪。希格斯似乎被惊呆了,周围掌声渐落,他才鼓起掌来。他抬起头环顾四周,好像对突如其来的一切感到不知所措。

在大厅前面,霍耶尔抓过麦克风,转身对观众说:“此时此刻我想说,虽然我是门外汉,但我想我们成功了。大家同意吗?”台下传来观众响亮的回答。

接下来,四位与会的理论物理学家分别讲话。早在50年前,四人便开始了这项研究。希格斯的外衣领子虽然还竖着,但神色已恢复平静,他向欧洲粒子物理研究所 人员所取得的成就表示了祝贺。他说:“这辈子终于看到了,对我来说,这真是一件不可思议的事。”此时,比利时理论物理学家弗朗索瓦·恩格勒也走下台阶,站 在希格斯身旁,他在玻色子机制研究上的成就与希格斯本人不分伯仲。

不同寻常的是,两人此前从未谋面。

那天早晨,身材魁梧、穿着笨重黑靴的安保人员在人群中显得很不协调。但此刻,这种违和感减弱了一些。在座谈会后的新闻发布会上,希格斯被记者和摄影师团团 围住。安保人员尽力将他们挡开,护卫着这位83岁高龄的老人,至少在这一天,他犹如摇滚明星。希格斯在接受了几个采访后,便匆匆赶去机场。他已经预订了飞 往爱丁堡的经济航班,他的家就在那座城市。在飞机上,希格斯的同事艾伦·沃克问他是否开一瓶普罗塞克酒。希格斯婉拒了,只要了一罐“伦敦之傲”啤酒,以示 庆祝。

***
两周之后,我在爱丁堡采访他,当时他正坐在桌子前看着笔记本电脑,重温那天早晨研讨会的最后几分钟。视频停在一个不同寻常的时刻,当时希格斯擦掉一两滴眼泪,看上去心神不安,这是人类喜悦时的一种奇异表现,使其在一大群欢呼声中变得更加引人注目。

就在那一刻,他有着怎样的感受? “我的泪水几乎夺眶而出,被观众们一波又一波的反应打动了。在此之前我还能控制住自己的情绪,但是当观众再次欢呼时,我再也无法自已。我只能这样来解释当时的一切,”他如是说。
希格斯玻色子理论的提出迄今已有半个世纪了,它并非只是一个用铅笔写在笔记本上的数学公式,该理论本身就意义非凡,后来在20世纪,几位物理学家发现它的 现实作用,用数学方法加以验证,并用非直接证据精确地描述了它的本质。最开始,这条理论只是一本期刊中一条模糊不清的注释,但经过长达数十年的验证,使用 数十亿的机器,它才得到重视,成为数万科学家和工程师的事业、梦想、甚至生命,并最终赢得诺贝尔物理奖。

科学进程的艰辛足以耗尽人们的心血。在研究这条路上走得够久,道路的尽头仿佛不探自明:制造复杂的机器,细心运行,从纷繁众多的数据中捕获模糊不清却意义重大的信号。

所有这一切都极具价值。它们发展了人类技能,促使了科技进步。但是,只把注意力集中于此便会忽视企业最原始的目的。这些实验从最基本的层面上挖掘出自然的运作规律。有什么是我们过去不知而现在知道的呢?
此刻,请忘掉粒子。这是让此事告一段落的唯一方式,证实此事的确凿证据要迷人得多,而现在我们知道了,宇宙是由大量无质量粒子构成的。

我们比以前更了解这一切从何而来。

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