新粒子现身

　　希格斯玻色子是短命的粒子，几乎会在一瞬间就衰变成其他粒子。为了推断出它的存在，我们必须测量这些衰变产物，寻找它们是从一个希格斯粒子衰变而来的证据。

　　幸运的是，标准模型预言出了我们需要知道的、有关希格斯玻色子的一切——除了它确切的质量。对于每一个可能的质量，我们能够预言大型强子对撞机（LHC）中能够产生的希格斯粒子的数量，并且预言它们会衰变成什么。

　　例如，希格斯粒子有时应该会衰变成一对高能光子。由于粒子衰变时动量守恒，这两个光子的动量就可以换算为产生这两个光子的粒子的质量。许多现象都会产生一对光子，但如果我们专注于那些看上去像是希格斯玻色子产生的光子，然后把它们的动量绘制在一张图表上的话，在对应于特定质量的动量数值上就会出现一个“鼓包”——某种未知的粒子就会以这样的形式显现出来。ATLAS和CMS都在质量相当于大约125 GeV的位置上看到了这样的鼓包。2012年7月4日，他们向全世界宣布了这一结果。

　　这并不是唯一的证据。希格斯玻色子还应该会衰变成两个Z玻色子，然后再进一步衰变成两个轻子。把这些轻子的动量加在一起，在光子数据中相当于同样质量的位置上，也产生出了一个峰值。W玻色子也提供了它们的证据。这些粒子衰变成为中微子，后者还没有被检测到，因此在这个实验中还没有出现明确的质量鼓包。相反，我们只看到了更多的W玻色子衰变，数量比希格斯玻色子不存在的情况要多。

　　总而言之，这些证据刚好足够达到宣称发现的“5σ”黄金标准，表明这一发现大概只有1/3500000的可能性是随机统计噪声所造成的假象。在那之后，对于那里真的存在一个粒子，我们的确定性还在进一步增长。不过，我们还必须进行更多的实验，才能确定它是不是我们所认为的希格斯玻色子。

　　ATLAS和CMS

　　当两个质子在大型强子对撞机的ATLAS和CMS探测器的核心对撞时，它们会分解成构成质子的夸克和胶子，进而衰变成朝各个方向四散奔逃的大量粒子。这些探测器的任务就是测量或者分辨这些碰撞产物。

　　每个探测器都由一系列同心环构成。距离碰撞点最近的同心环由半导体构成。如果带电粒子穿透这层半导体，被松散约束在这种材料的原子之中的电子就会被释放出来，形成特定的电流，让科学家能够精确测量这些粒子的穿行路线。探测器周边的磁场会弯曲这些带电粒子的路线，弯曲的程度表明了这些粒子的动量。

　　再向外一个同心环，则由填充着液态氩（ATLAS）或者钨酸铅晶体（CMS）的探测器构成。与这些探测器中密集排列的原子发生的碰撞，会让大多数粒子停滞在其中，这些粒子减速时发出的光子可以用来测量那些粒子的能量，从而鉴别它们的身份。

　　电子较重的“表亲”，也就是μ子，不会在这些探测器中止步，但更外一层同心环中的专用探测器会鉴别和测量它们。对于更难以捉摸的中微子，则完全没有进行测量。它们的存在是通过统计碰撞中产生的所有其他粒子的动量而推断出来的。

　　每次都有许多质子－质子同时发生碰撞，这些碰撞产生的粒子接近光速向外飞出，而需要仔细研究的碰撞必须尽快筛选出来，因为不到50纳秒之后，又会有另外两束质子在探测器的核心发生对撞。大型强子对撞机目前正在升级，升级完成之后，这个时间会缩短到25纳秒。如此大量的数据，会传送到世界各地被连接在一起的计算机中，经由大量计算来鉴别希格斯玻色子是否存在。

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