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寻找Higgs粒子背后的竞争

作者：Jenny Hogan 文，葛韶锋 译
提交人：gesf （2007年1月28日 周日）
类型：news article （Chinese）
引用网址：http://www.qiji.cn/eprint/abs/3348.html
注释：Behind the hunt for the Higgs boson, news@nature（译文 1390字）
相关网址：http://www.nature.com/news/2007/070115/full/445239a.html

摘要/内容：

寻找神秘的Higgs玻色子的竞争进一步地升级了。

在大西洋两岸的美国费米实验室（FermiLab）和欧洲核子中心（CERN）对于寻找Higgs玻色子[1]——这种神奇的粒子对于物理学家们理解物质质量的起源非常关键——的竞争进入到了更为紧张的状态。

在位于伊利诺斯州（Illinois）巴达维亚（Batavia）的费米实验室，科学家们利用Tevatron加速器上的探测器在新年到来的时候以更高的精度测量了W玻色子的质量[2]。这使得对于Higgs质量的估计有所降低，以至于在Tevatron上也有可能被观测到。

与此同时，比Tevatron更为强大的对手，也就是欧洲核子中心——这是一个位于瑞士日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室——的大型强子对撞机（LHC: Large Hadron Collider）已经进入到了建造的最后阶段[3]。如果Higgs粒子存在，LHC应该能够发现它，但是现在有迹象表明，费米实验室的Tevatron有可能抢先发现Higgs粒子，这个消息促使这两个实验组铆足了劲地竞争。Mark Lancaster是在Tevatron加速器CDF（Collider Detector at Fermilab）探测器——这是用来收集和分析从质子反质子（Proton-Antiproton）碰撞中产生粒子信息的实验装置——上工作的七百多位科学家之一，据他透露，CDF实验组正在一刻不停地进行实验和分析数据。

Jim Virdee是LHC上紧凑谬子谱议CMS（Compact Muon Spectrometer）实验组的发言人，他说：“我们对于这种竞争当然很清楚，它使得我们必须确保各个实验组和加速器能够准时就位。”LHC加速器及其探测器的众多部件正在被安装到地下隧道中。

Higgs粒子是粒子物理标准模型（Standard Model of Particle Physics）预言的粒子中唯一一个尚未被探测到的粒子，如果它存在，标准模型就可以解释已知的相互作用和粒子的性质。而如果不存在Higgs粒子，就必须对标准模型进行修改，扩充后的理论会变得非常复杂，这使得物理学家们更希望Higgs是存在的。

目前对于估计中的Higgs质量范围又有所缩小，这使得Tevatron有希望能够发现这一粒子。在2004年的时候，估计的质量上限大概是250GeV（Gigaelectron Volts），而Tevatron的能量上限则是170GeV，当时普遍认为Tevatron可能没有机会发现Higgs粒子。

但是对于Higgs粒子质量的估计是基于其它粒子的质量大小的，比如说Top夸克和W玻色子的质量，对于这些参数的最新测量使得对Higgs粒子质量的估计发生了变化，其上限变低了。今年一月八日，CDF实验组宣布他们测得W玻色子的质量为80.413GeV，其精度比以前的测量都更为精确[2]。

上图与先前的估计是相符的，但是Higgs粒子质量的可能范围位于红线的右侧部分——左侧部分已经被LEP实验组的测量结果排除了——并且Higgs质量的上限从166GeV降到了153GeV。欧洲核子中心的大型正负电子对撞机（LEP: Large Electron-Positron Collider）一直运行到了2000年，它的测量结果排除了Higgs粒子质量轻于114.4GeV的可能性，只有一小部分区间是可能的，也就是红线右边的部分。

在这之后的一段时间，一直到现在，Tevatron努力克服其性能的不足，终于看到了一线希望。因此，虽然由于预算的限制迫使其不得不关闭一段时间，但是那里的研究者们依然保持着乐观。Lancaster觉得他们至少有争取了三年的时间。Tevatron会一直运行到2009年，虽然LHC今年十一月就要开始运行了，但是要想真正开始收集数据至少要等到明年的春季。

如果Tevatron发布的下一个消息是不存在Higgs粒子，那么这将是非常令人尴尬的事情。当年，就在LEP即将关闭从而让位于LHC的时候，曾经一度发现Higgs粒子的质量可能大概就在115GeV附近。CERN的科学家们一直为差一点就能够在2001年时就能够发现Higgs粒子，但最终让它逃脱感到耿耿于怀，然而Tevatron即将有足够的数据排除存在这一可能。除非在接下来的几个月内发生一些意外，否则LEP的精灵将最终被打倒，这就意味着标准模型预言的Higgs玻色子不存在。Lancaster说：“可以说我们有可能在LHC开始运行之前就排除LEP实验组先前得到的这一迹象。”如果真是这样，LHC的命运就堪虞了。

参考阅读:
[1]Higgs玻色子是什么？
[2]费米实验室：Higgs 粒子质量比预计的小
[3]大型强子对撞机（LHC）将于2007年启动

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