5 竞争正式拉开帷幕(1 / 1)

圭多的魔力触碰

塞西紧凑渺子线圈控制室,2010年3月30日上午8点54分

电梯下降到洞穴,奶牛在前面的草地上吃草。他们似乎对紧凑渺子线圈站点(也就是P5)的躁动完全无动于衷。欧洲核子研究组织的白色吉普车和周边地区居民的私家车来来往往好几周了,预示着一件重要的事情即将发生。所有的专家都是全天八小时轮班工作。

控制室里非常紧张。每个人都还记得2009年11月23日发生的事情。就在这一天,大型强子对撞机在解决完前一年的故障后重新开始运行,产生了第一次900 GeV的碰撞。由于一系列的不便,紧凑渺子线圈无法立即生成那些彩色的数字照片,这些照片可以展示质子之间碰撞的图形。

其他所有实验都比我们做得好,尤其是超环面仪器项目的同事们,他们第一个记录了碰撞的照片,他们的图像刊登在世界各地的报纸和电视新闻上。紧凑渺子线圈项目的工作人员花了好几周的时间为这个工作做准备,他们感到非常沮丧。事情本身并不严重,但这次事件再次强调了,超环面仪器是班里的第一名,而紧凑渺子线圈永远是第二名。这是我们每个人都无法接受的。我们对自己说:再也不要这样了。既然实验已经真正开始了,那就不应该有丝毫延迟。我们必须是第一个宣布高能量碰撞的项目,而且要第一个将带有我们Logo的图像清晰可见地呈现在全世界面前。

经过前一年的多次检修,这台机器已经恢复正常工作,目前一切都在按计划进行。但关键时刻还没有到来。预计将在今天早上进行7 TeV首次对撞,这是大型强子对撞机在2010年预计尝试的强度。每个环节都检查了无数遍。我们已经对每一个程序进行了模拟和测试,已经准备好面对任何不便。控制室里有各种探测器的顶尖专家和顶尖的软件程序员。他们都很年轻,周围有一群来自五大洲的男孩和女孩,在做最后的安排时,他们都很严肃。

意想不到的事发生了:大型强子对撞机失败了。尝试运行时,粒子束弄丢了。过了一秒钟,同样的事情发生了。我们所有人都看到,之前大型强子对撞机项目成员在晚上进行测试时,没有任何问题。他们曾试图制造碰撞,以确保一切都在控制之下,一切都进行得很顺利。他们成功了好几次。我们都同意对夜间的尝试保持沉默,因为按照规定,正式的碰撞要在早晨进行。记者们被告知9点开始,欧洲核子研究组织想要在他们面前重启这台机器,以消除与2008年事故有关的最后阴影,但现在大型强子对撞机似乎无意服从操作人员的命令。已经是中午了,经过三个小时的努力,还是无济于事。在控制室里,紧张情绪逐渐强烈。已经有第一批记者开始写下这样的主题:“这对大型强子对撞机来说本应是伟大的一天;相反,在2008年就遭受了重大故障的加速器,它当时并不知道自己还能在7 TeV下正常运行。”我看到了周围人恐惧的眼神。为了缓解紧张,我做了一些完全不同寻常的事情。当大型强子对撞机准备进行一次新的对撞尝试时,我走近显示光束状态的监视器,迷信地伸出双手,用意大利语大声喊道:“现在够了!让我们试着让这台加速器工作吧。”

意大利人的笑声立刻爆发了,当发言人的话被翻译出来后,其他人也发出了爆笑,最好笑的是发言人还把手放在显示器上挥动。有人用手机拍下了我的这个姿势,这张照片的标题是:“圭多的魔力触碰。”让所有人惊讶的是,当我把手放在显示器上的时候,这个尝试成功了:第一次7 TeV的碰撞发生在我们的眼前,我们第一个向世界宣布,发送了我们美妙的图像。

控制室里全是欢呼的叫喊声,热情的叫喊声。当每个人都围着我的时候,欧洲粒子物理研究所的摄影师拍下了这群热情的年轻人的照片:他们的手在天空中,他们的眼睛闪闪发光,一个穿着西装打着领带的男人在中间比他们年长很多。这张照片会在世界各地流传开来,并将永远留在我最美好的记忆中。

作为发言人的生活

2008年的事故发生两个月后,欧洲核子研究组织的新管理层上台。传统上,职位是轮转的,所以在一个英国人、一个意大利人和一个法国人之后,这次轮到一个德国人了。代表该组织20个成员国的欧洲核子研究组织委员会选择了罗尔夫·霍伊尔。是的,他本人,在紧凑渺子线圈诞生之初担任审核员的德国物理学家。罗尔夫选择了塞尔吉奥·贝托鲁奇担任研究室主任。贝托鲁奇是意大利物理学家,长期担任弗拉斯卡蒂国家核物理研究院的主任,我从在拉斯佩齐亚上高中起就和他是朋友。后来我们走上了不同的道路,但我对塞尔吉奥一直保持着一种自然的理解,和他不需要太多的言语。你只需一瞥就能理解对方,就像老水手一样,时隔多年,他们偶然发现自己能够从上次谈话停止的地方重新拾起谈话的线索。

在上任之前,罗尔夫和塞尔吉奥经历了大型强子对撞机的灾难。没有比这更痛苦的开始了。他们的责任是修复故障,找到重启这台大机器的解决方案,最重要的是要小心,不要冒太多的风险。林恩·埃文斯也结束了他的任期,必须找到一个人让大型强子对撞机重新运转起来。史蒂夫·迈尔斯被选中了。

史蒂夫是爱尔兰人,在内战最艰难的岁月,他在贝尔法斯特度过了童年。没有什么能把他吓倒。他与卡罗·鲁比亚之间的一场史诗级冲突(当时鲁比亚已经是诺贝尔奖得主和欧洲核子研究组织主任)一直留在史册之中。在一次争吵中,卡洛威胁说要解雇他,他大声尖叫着走近史蒂夫坐的座位,而史蒂夫又矮又小。就在这时,史蒂夫一点也不害怕,站在了暴怒的卡罗面前,只是用一种不羁的眼神盯着他的眼睛。鲁比亚奇迹般平静下来了。在我们的环境中,很少有人能在这样的对抗中幸存下来,但是史蒂夫是一个非常特别的人。在所有人似乎都迷茫的时候,真的需要他带领我们重新启程。需要他的决心来恢复失望又害怕的团队,修理机器,然后重新开始。史蒂夫做到了。

数百名技术人员和工程师经过数月的疯狂工作,才挽救了大型强子对撞机黑色星期五的灾难。更换了53个偶极子,安装了数百个新的安全阀,对磁铁之间的连接进行了数千次测量。总成本超过了2 500万法郎,但之后一切都很顺利。2009年11月21日,大型强子对撞机再次启动,束流很快就畅通了。两天后,发生了第一次900 GeV的碰撞,一周后,2.36 TeV的质子在质心发生碰撞。大型强子对撞机已经成为世界上最强大的加速器。

2008年的打击对超环面仪器和紧凑渺子线圈两个项目来说也是巨大的。我们度过了非常困难的几个月,失望和沮丧似乎占了上风。接着是骄傲、清醒、理智的反应。正如拓荒者时代一样,经历了一些疯狂。在卷起袖子的许多人眼中,你可以清楚地看到:“我们会尽力而为。我们已经克服了许多挑战来打造这些技术瑰宝,我们也将赢得胜利。”事情开始变得严肃起来。

现在我和法比奥拉是这两个实验的领头人。我们是在2009年以我们组织特有的独特机制当选的。发言人的任期为指定年限。在紧凑渺子线圈的任期是固定的,两年整。在超环面仪器,有可能再次当选,并继续掌管项目,任期可长达四年。在数千名合作组织成员进行讨论之后,参与实验的所有实验室和大学的代表大约150人参与了投票。在任期内,发言人对这些决定负有全部责任,并在国际科学界面前代表整个实验项目。发言人的主要任务就是确保产生最好的结果。为了做到这一点,他必须组织工作,使一切顺利进行:探测器的功能和数据采集;重建软件和计算;物理分析和文章的发表。他有强大的行政权力,因为他决定优先事项,选择集中资源的地方,任命领导各种活动的人。他不能与公司的首席执行官或政治领袖相比,因为他对他协调的研究人员没有直接权力。这种合作由自由的先生和女士组成,他们的事业和薪水不依赖于他。

超环面仪器和紧凑渺子线圈是规模巨大的合作项目:每一个项目都有超过3 000名成员,分布在各大洲的40个国家。你怎么能在没有胡萝卜加大棒[22]——没有加薪,也没有罚款的情况下,管理这么多人?我们的组织让做决策的专业人士感到恐惧,因为它就像一个行进中的乌托邦,似乎处于有组织的无政府状态。

任何一个在不可能的边缘冒险的人都因他有一种叛逆的精神。你选择基础物理学不是因为你喜欢发号施令。做这件事的人都是被炽热的**所驱使。他接受挑战,愿意牺牲周末和夜晚来了解希格斯玻色子是否真的存在,或者研究我们是否生活在一个多维的世界。领导这样一个积极的、经过精心挑选的群体很容易。发言人的角色类似于一个大型管弦乐队的指挥。在这个领域,管弦乐演奏家们对所有的乐谱都了如指掌,很多人也知道如何指挥。乐队会选择他们中的一个管弦乐演奏家在几个季节里担任指挥。他们知道他的风格和他诠释音乐的方式,他们接受他的指导。只要在每一次执行中,他继续表现出能力和严谨,并在该领域赢得他们的尊重。像紧凑渺子线圈这样的复杂组织并不是基于权威原则运行的。科学的过程需要思想的传播和猛烈的批评;自由的人滋养着项目,这些人被鼓励提出原创的观点和反潮流的想法。

发言人的生活当然不是单调的。日常工作占将近50%,包括主管会议、财务和行政报告,以及协调与研究机构的关系等,但总是有大量极其有趣的工作:关于策略的讨论、有待验证或拒绝的物理结果、新的分析工具或有待追求的新想法。最后,还有危机或紧急情况。

探测器是科技的奇迹,也是极其复杂的仪器。一点小事就足以造成无法挽回的灾难。所以你碰巧在2点醒来,因为在P5站点有水从磁铁上流下来。机构运转起来,发言人和技术协调员要坐在前排。我们戴上头盔,亲自到山洞里去检查。结果是800个愚蠢的冷却管接头中的一个已经开始泄漏了。然后,当你溜进像迷宫一样的探测器,去接近一个阀门并关闭泄漏的电路时,你试着去控制恐惧。谁告诉我们水并不会损坏μ子室?我们发现的那些被水淹没的电缆和电子设备会怎么样呢?然后,在接下来的几周内,随着损坏的修复,他们试图找出故障的原因。所有可能的测试都完成了,结果发现,连接件有一部分随着时间的推移,腐蚀并变形了。然后我们确认风险太高,连接器必须全部更换。我们拟订工作计划,寻找新的、更有力的工作计划,并改变优先事项,因为替换工作将花费我们80万法郎,我们本计划这些钱用于其他预防工作。

另一个紧急情况是,一名技术人员警示我们,他在桥式起重机上做了一个错误的操作,他担心损坏了真空管。这发生在他把小角度量热计放回原位的时候,相对于紧凑渺子线圈的身体,它只是一个玩具,但仍然是一个20t重的物体。这只小动物抚摸着大型强子对撞机的束流管,这是整个仪器中最脆弱的东西,是一根保存在高真空下的超薄铝铍管。哪怕是最轻微的裂缝都可能导致它爆裂,这对我们和整个加速器来说都将是一场灾难。这会对紧凑渺子线圈造成无法弥补的损坏,整个大型强子对撞机项目也会延迟数月。最终,在检查了几周之后,你会松一口气。顺便说一句,这会再次证明我们自建造以来所采用的不同寻常的方法多么有效。任何人一旦犯了错误就立即提出警示,不会受到惩罚,而是得到奖励。这听起来可能很奇怪,但仔细想想,这是有道理的。每个人都会犯错误。如果因为害怕受到惩罚而让他们沉默,他们可能会变成隐藏在如此复杂装置中的定时炸弹。最好是公开地面对错误,并尝试立即补救,赞扬那些提出警示并为错误承担责任的人。

萨科齐,环法自行车赛和“疯狂的想法”

2010年3月,大型强子对撞机开始产生7 TeV的对撞。这个事实立即激发起人们的热情。我们等待数据的时间太长了,以至于我们已经忘记了作为第一个观察新世界的人的激动,在那里,惊喜可能就藏在角落里。对于那些已经经历了所有建设阶段、完全沉浸在项目里的老员工来说,他们已经有好几年没有进行最后的分析了。对年轻人来说,这是一种全新的体验:他们把自己投入全新重建的数据中,就像一群来自亚马孙的食人鱼一样贪婪。数据会在几天内被分析、消化,并像袜子一样被翻个底朝天。这些年轻人的结果演示是一种节目:在几周内,所有标准模型的粒子都被重新发现。

这项活动是新物理研究的基础。如果不先证明我们可以重新发现所有已知的粒子,就没有人会相信我们已经发现了Susy或希格斯玻色子。做得好、做得快意味着获得实质性的优势。首先,因为新探测器必须仔细校准。以管弦乐队为例,我们从演奏所有已知的音乐开始,以确保我们的乐器是合拍的。只有在经过非常细致和耐心的操作之后,我们才准备好奏响一段新的乐章。

我们也应该记住,标准模型是我们寻找新动物藏身的灌木丛。每一个新粒子,如果它出现在我们的数据中,都会以信号的形式出现,这些信号会被混淆,与已知过程产生的信号非常相似。科学家必须非常精确地对它们进行研究,并予以严格的量化,以确保捕捉到任何反常现象,任何可能被证明是具有决定性的事件。年长的波斯诗人对年轻学徒说的话对我们仍然有效:“如果你想成为一名诗人,你首先必须记住迄今为止写的所有诗歌……然后你就得把它们全都忘掉。”

2010年最重要的事件是在巴黎举行的高能物理会议。将有来自世界各地的数百位物理学家等待我们的结果。他们是第一批可以观看大型强子对撞机展示的人,我和法比奥拉将为大家展示。

这是2010年7月26日,巴黎闪耀着光和色彩。昨天,环法自行车赛结束了,我抽出时间关掉电脑,沿着塞纳河拥挤的河岸跑去,看着康塔多和他的同伴飞速驶向香榭丽舍大街。当会议开始时,真让人眼前一亮。我习惯了和成百上千人说话,但位于迈洛门的国会大厦大厅总共安排了1 750个座位,这让人产生某种恐惧。

会议在不同寻常的发言中开始了。在我们前面,法国总统尼古拉·萨科齐发言。就在演讲开始之前,有人将我们引荐给总统,我没从我们之间的寒暄中感到愉悦,但我一如既往地控制着自己的肢体语言。我很惊讶地发现一个没有安全感的人用傲慢的举止和明显傲慢的态度来掩盖自己的弱点。我不喜欢他,但他的演讲很重要。他谈到了欧洲在研究中的作用,也说了一些我想从各国政府那里听到的话:在危机时期减少研究投资是疯狂的,欧洲必须保持并扩大其在高能物理领域的领导地位。

法比奥拉和我说话的时候,房间里一片寂静。我们展示的结果令人印象深刻:大型强子对撞机项目才刚刚起步,几个月前才开始工作,但这两个实验表明我们已经掌握了所有决定性的因素。我们展示了W玻色子和Z玻色子的图表和测量值,展示了第一个顶级候选者,讨论了我们对7 TeV现象研究的第一个结果。没有人怀疑超环面仪器和紧凑渺子线圈已经准备好了。当我走下舞台,回答完问题后,我很满意。完成了。法比奥拉和我都通过了测试,我们知道我们达到了目标,但是我们的好心情不会持续太久。

当兆电子伏特加速器项目的同事们发言时,我立刻明白发生了什么。我没有快乐的理由。在过去的一年里,美国的加速器运行完美,系统地提高了效率和亮度。这些实验加大了寻找希格斯粒子的力度。他们已经能够分析其他看起来有希望的衰减模式,并将他们的结果以一种系统的方式组合在一起。简而言之,他们已经取得了巨大的进步,如果不采取行动,我们就有麻烦了。

茶歇时间一到,我们就在屋外集合。我、罗尔夫、塞尔吉奥、史蒂夫以及法比奥拉都站在一起,远离拥挤的自助餐桌。无须赘言,每个人都清楚地知道这个信息。这需要战略上的重大改变。经过这么多努力,兆电子伏特加速器项目可能会从我们眼皮底下偷走我们的发现,这种风险太大了。我们注视着对方的眼睛,想知道可以做些什么,结论是一致的。首先,必须延长数据收集周期。我们将维修推迟到2013年,同时收集2012年全年的数据。我们试图增加亮度,或许也增加能量,我们在磁盘上放置超过5 fb-1(逆飞靶,这是一个特殊的单位,表示收集的数据总量)—从那一刻起,将不再有历史记录。兆电子伏特加速器不会一直领先。如果希格斯粒子存在,无论它藏在哪里,我们都会找到它,否则我们就会永远把它从世界上抹去。我们一起头脑风暴,看看这是否真的可行。我们给自己几个月的时间来分析所有的细节:史蒂夫将为加速器进行调查,法比奥拉和我将为实验建模,罗尔夫将调查委员会的意见。在我们做适当的检查之前,没有人发表其他意见。还不到十分钟,大型强子对撞机的历史,或许还有高能物理学的历史,已经完全改变了。

组织战略的改变

2010年的那个夏天,我把战略交给了最积极、最信任的同事。我第一个要讲的是维韦克·夏尔马。维韦克出生在印度东北部比哈尔邦的一个偏远地区,像其他优秀的学生一样,他从未离开他攻读博士学位的美国。他现在是圣地亚哥的一位年轻教授,几个月前我任命他为希格斯粒子分析小组的负责人。从数字上看,这个小组人数最少,只有27位物理学家参与其中,远远少于有数百成员寻求超对称性或处理超对称性的小组。这一差异反映了所有人的信念,在这7 TeV的数据中,希格斯粒子的研究将无法产生相关结果。我们不妨把注意力放在其他更有希望的目标上。

维韦克是我在大型正负电子对撞机项目时期的老朋友。他还是威斯康星州大学的学生时,我们就认识了。我们共同努力调整了我们在比萨建造的硅微型跟踪器的位置。几句话就足够了,维韦克明白了这件事的重要性。没有时间可浪费了,我们必须在秋天前取得成果。我们必须立即组织一组模拟实验来检查它是否正确。直觉上,似乎对我们来说是非常合理的,也就是说,我们可以用5 fb-1来做到。但我们需要制定一个全新的战略。到目前为止,我们所有的分析都是基于在14 TeV下收集数百个fb-1的假设。在这种情况下,发现希格斯玻色子简直是小儿科。我们所有的研究都告诉我们,只要把精力集中在每个质量区域的一种衰减模式上就足够了,不管希格斯粒子藏在哪里,我们都能发现它。

有了14 TeV的大型强子对撞机,就像住在五星级酒店一样,你可以点任何想要的东西,他们会在你的房间里为你提供早餐,但2008年的事故让我们伟大的梦想破灭了。我们在山上的一间小屋里醒来,必须做一些保暖工作,如果找不到食物,找不到烧壁炉的木材,就会冷到磕牙打战,忍饥挨饿。

7 TeV和5 fb-1,一切都更加困难。单个的希格斯衰变信道无法提供足够强的信号。除了把尽可能多的衰变信道组合在一起,没有别的办法。这意味着要让数百人工作。在115 ~ 150 GeV之间的最低质量区域是不够的,根据我们对标准模型的精确测量,这是最可疑的区域。在那里,只要有一点希望,就需要做出特别的努力。

我们不得不重新开始,改进分析并使它们更加完善。我们必须发明新的技术来选择相关的信号,必须抛弃迄今为止所做的所有研究,重新开始更详细的分析和更精确的校准。

在进行模拟实验以确定战略改变的同时,一场真正的讨论也在今年夏天开始组织起来。成百上千的人不得不再次被说服改变他们的计划,投入一项看似绝望的事业中。为了获得成功,最好的协作力量必须集中在最强大的大学以及最有才华的年轻人身上。

一个接一个会面,连续几周,面谈几十个小组。我还记得在说服负责研究小组的教授同事时遇到的困难。他们摇了摇头,因为他们不想改变已经开始的论文和人们花了很多年准备的研究。越是说事业难,我越是强调要发明新的分析方法,越能看到参加会议的年轻人眼睛里亮着一种奇怪的光。这就使我们在合作的成千上万年轻人中招募到最优秀的人才。

几个月之内,几十个组织和数百名优秀的年轻人加入了这一行动。到2011年夏天,也就是巴黎非正式会议的一年后,当我们对希格斯粒子研究小组进行统计时,发现紧凑渺子线圈项目的希格斯粒子研究小组快超过500个了。数百名男孩和女孩将开始研究创新的方法来寻找这一决定命运的玻色子。如果今天全世界都在庆祝这一科学上的成功,那么,决胜优势就在于这些年轻人,他们能够以热情和**来迎接挑战。只有当年轻人被要求承担重大责任时,他们才具有这种热情和**。要信任他们,他们有这个能力。

与超环面仪器的艰难交易

当7 TeV测量开始时,紧凑渺子线圈比超环面仪器更快产生结果。这正是我们所期望的:我们的实验更容易校准;此外,强大的磁场、跟踪检测器与用于μ子的跟踪检测器的组合,拥有出色的性能。在几个月内,紧凑渺子线圈项目发表了一系列令人印象深刻的文章。当测量到最大质量物体(如顶夸克)的产生和衰变机制,并对非常罕见的现象(如成对的W玻色子的产生)进行研究时,每个人都明白,我们已经准备好进行大狩猎了。超环面仪器项目也取得了优秀的成绩,但很挣扎。他们总是落后几周或几个月,发表的文章不如紧凑渺子线圈项目的完整和创新。竞争越来越激烈了。

在大型强子对撞机项目中选择两个独立的实验是欧洲核子研究组织的战略举措。它重复了自UA1和UA2时代以来一直使用的脚本。兆电子伏特加速器项目采用了同样的配方,CDF和D0两个实验相互竞争、协作。寻找希格斯玻色子或寻找新的物理信号是一项极其复杂的工作。我们正在寻找微小而罕见的信号,这些信号往往隐藏在与我们想要研究的现象相似的现象之下。现代实验是用非常复杂的技术建立起来的,这些技术隐藏了所有细微之处和可能发生的故障。用来识别有趣事件、重新构造它们并详细研究它们的软件,由数百万行代码组成。在这种情况下,任何人都可能犯错或低估系统错误的某些缘由。恐惧是我们最经常的旅伴。我们的噩梦是忽略一些细节,让自己相信我们有了重大的发现,然后才意识到我们犯了一个小错误。我们的信誉将会被深深地、永远地破坏,而它是我们拥有的最珍贵的资产,是我们最关心的东西。

由于这个原因,在大规模的合作项目中,如紧凑渺子线圈,控制和验证机制总是活跃的,这至少应该保证我们避免最严重的错误。我们也意识到,并非每件事都能完美地运作。这就是为什么会有两个实验,对于我们自己和我们想要达到的结果,这是一条安全带。两组独立的研究人员使用不同的技术和不兼容的软件程序,正在寻找相同的信号。如果其中一个发现了什么,另一个将有机会验证它。只有当它们都得出相似的结果时,人们才能合理地确信它们的正确性。

这种机制不可避免地涉及激烈的竞争。每个人都知道,在任何时候,其他实验的同事可能会宣布一些重要的事情。这使得科学家们的合作关系持续紧张,他们毕生都梦想着成为第一个观察到物质新状态的人。在竞争的压力下,我们会想尽一切办法,探索所有的道路,不断寻求新的想法,以达到终点。

这种竞争即使如此激烈,也会以特殊的形式出现,例如,对于那些正在开发一种新的微处理器或一种新药的人来说,也就是那些具有强大经济影响的研究,是无法理解的。在这些领域,竞争团体之间有最严格的机密性;通常情况下,即使是在同一家公司工作的研究团队也不会交换意见的。

我们一切都不一样。这两个实验所使用的技术众所周知,所有的东西都发表过。软件也是如此。他们没有秘密,也没有隐瞒可能会损害其他合作的信息。如果一个实验失败,几周内都无法获取数据,另一个就会尝试等待它被修复。在一场依然激烈的竞争中,人们不断地交换利益。这两个团体都想先达到目标,但都不会同意通过不恰当的方式达到目标。

因此,我和法比奥拉在进行科学竞争的过程中相互残酷打击的同时,自然保持着真挚的友谊。我们经常组织有我妻子卢恰娜和我们共同的朋友参加的晚宴。我们什么都谈。她对我的女儿茱莉亚很感兴趣,茱莉亚是苏黎世歌剧院的舞者,舞蹈是法比奥拉小时候的爱好之一。我建议她多休息,因为在我看来,她的眼睛就像那些睡眠不好的人的眼睛一样疲惫。毫无疑问,寻找希格斯玻色子不会是我们私下讨论的话题。这两个实验已经向公众展示了我们打算做什么:我们打算分析的通道和我们想使用的技术。比赛已经开始,愿最优秀的人获胜。

然而,在我们之间的交锋中,紧凑渺子线圈先得一分。2010年巴黎会议一结束,我就被告知,我们的一个分析小组发现了一些意想不到的东西。我们在8月初见面,这马上就变得很有趣。它与希格斯玻色子无关,也与新物理现象无关,但它是一个非常有趣的效应。在我们的质子碰撞中,出现了一种微妙的现象,这种现象以前只有在重离子之间的碰撞中才能观察到。每年都会有一个月的大型强子对撞机数据采集时间用于这些研究,通常是在圣诞假期加速器关闭之前的这段时间。

当铅离子以高能量碰撞时,核物质似乎会融合,产生一种由夸克和胶子组成的完美流体。人们对它的性质进行了详尽的研究,因为人们认为,我们宇宙的全部物质在大爆炸后的最初时刻就经历了这种状态。碰撞是壮观的:数百条带电轨道和能量释放痕迹以一种非常独特的方式分布。超环面仪器和紧凑渺子线圈采集数据并能够进行有趣的测量,但在这种情况下,ALICE实验起了主要作用,因为它是专门用于这类研究的仪器。

紧凑渺子线圈观察到的现象本身就很有趣,因为没有人希望在质子碰撞中观察到这样的现象。我们已经记录了数百个从碰撞中产生的粒子的奇怪分布。一切似乎都表明,这种由夸克和胶子组成的神奇**的微小液滴产生了这种效应。这个场合对于测试我们内部控制程序是有用的。

经过数周的激烈讨论,结果得到证实后,剩下的就是让紧凑渺子线圈之外的科学界对其进行评判,在欧洲核子研究组织的一个研讨会上展示数据,并就此发表一篇文章。超环面仪器和ALICE都无法得出类似的结果,所以只有紧凑渺子线圈能够呈现新的观测结果。

这是2010年9月22日,全世界都在报道大型强子对撞机首次发现了一种新现象。紧凑渺子线圈的结果吸引了人们的注意和共识,突然,丑小鸭被华丽的羽毛覆盖。有人在超环面仪器咀嚼痛苦,一种坏情绪在实验中滋长。项目的许多人攻击法比奥拉,指责她太害羞、太善良,无法阻止那些野蛮的紧凑渺子线圈项目的人。

但超环面仪器项目的反击很快就来了。他们会在最意想不到的时刻击中我们。在质子数据采集结束,铅离子数据采集开始的几天后,超环面仪器项目给出了一个惊人的结果:记录的事件如此不平衡,以至于它们似乎违反了能量守恒原理。显然,以粒子喷射的形式从一边逸出的能量,与相反方向释放的同等能量并不平衡。这种现象在某种程度上是意料之中的,但对于大型强子对撞机来说,它以前所未有的清晰度呈现出来,而且他们第一个报道这种现象。夸克和胶子的流体能够强烈地相互作用,阻止两种喷流之一的形成,从而产生能量不平衡的事件。我们也看到了同样的现象,但这一次他们领先了,而我们在挣扎。不到两个月,法比奥拉就恢复了局面。最后,这两个实验一起呈现了新的结果,但每个人都清楚,这一次是他们表现出色,我们紧随其后。

在互相交流之后,我们决定应该共同定义一种发现程序,该程序总结在一份由所有人签署的简短备忘录中。如果这两个实验中的一个发现了一种新现象,它将被要求通知欧洲核子研究组织主任,并将初步结果传达给另一个。从那时起,第二次实验将有一到两周的时间来调整结果并同时发表。如果不能,前者将自行发展下去。

这场艰苦的比赛真正开始了。

给我一个“五”!

这项任命将于2月初在夏蒙尼宣布,这是欧洲核子研究组织自大型正负电子对撞机时代以来一直坚持的古老传统。这是机器专家和实验发言人召开的为期5天的年度会议,以确定本年度数据收集计划的每一个细节。今年是2011年。在我们日夜讨论的小旅馆外面,游客和滑雪者拥上缆车,到达比安科北侧和勒布雷旺南侧的斜坡。夏蒙尼是极限滑雪之都,那里的斜坡都很漂亮,也很有挑战性。我喜欢滑雪,对我来说,当外面阳光普照,人们背着滑雪板跑到斜坡上时,在那里讨论粒子束的发射和准直度是一件很痛苦的事。其中的利害关系太重要了,讨论的任何细节都不能漏掉。

这个旅馆的房间几乎容纳不了蜂拥而来的一百多人。整个星期,我们讨论碰撞的能量和强度可以提高到什么程度。最终,在2010年,大型强子对撞机在7 TeV的情况下运行良好,像林恩·埃文斯这样的专家甚至认为,可以达到9 TeV或10 TeV而不会有大问题。对我们这些想要发现希格斯粒子的人来说,能够依靠更高能量的碰撞意味着更大的成功机会,但史蒂夫很谨慎,完全不相信这个提议。仍然有太多的未知、太多的风险隐藏在复杂的技术中。没有人确切知道在经受了初步测试的12 000个焊缝中还隐藏着多少隐患。如果程序中有其他错误,没有人能保证类似2008年的悲剧不会重演。如果再发生一次事故,就算不那么严重,我们也经不起批评的浪潮了。大型强子对撞机项目有可能终止,然后把我们都送回家。史蒂夫的最后一句话毫无疑问:他将继续维持7 TeV。

然后法比奥拉和我转向亮度的突破。最后决定了,大型强子对撞机也将在2012年获取数据,目标是达到5个fb-1,但2011年的官方目标将只有1个fb-1。史蒂夫一直都很小心。他很清楚还有很多事情可以做,即使在酷刑下他也不会承认。区别是巨大的,他很清楚。我们所有的研究都表明,超过这条红线,我们就有可能发现幽灵希格斯玻色子,而这条红线恰好就位于这个神奇的数字周围。我们越早积累这些数据越好,但史蒂夫不想冒任何风险。

这就是为什么,开玩笑地说,他在夏蒙尼的演讲结束时,我公然向他打招呼并大声说道:“没关系,史蒂夫,现在给我一个5的指标呗。”我们一年到头都在玩这个游戏:每天早上8点30分,我们在控制室开会讨论当天的计划。这是一种仪式,我们看着对方的眼睛,笑着结束会议。我们都知道那个眼神的含义:“你给我5个fb-1,我就给你希格斯玻色子。”

假警报还是划时代的发现?

当我打开电脑阅读晚上发来的电子邮件时,我知道这将是灰暗的一天。今天是2011年4月22日,离复活节还有两天,今天我和妻子本应该去蔚蓝海岸。我们在“战壕”里度过了圣诞节,我一天也不能离开。接下来是几个月的疯狂工作,为新的数据采集期做准备。我已经向卢恰娜许诺过一阵子了,复活节那天我们会放三天假。我在圣特罗佩订了一家浪漫的酒店。我们开车几个小时就能到达,天气预报也很好,但我马上明白,我眼前的这个烂摊子会毁了所有的计划。

一夜之间,科学博客上爆发了一场风暴。这个标题很有说服力:《有传言说,超环面仪器发现了希格斯粒子。》在这些文章中,引用了一份内部文件,报告了粒子衰变为两个质量为115 GeV光子的强烈信号。类似的情况出现过,在大型正负电子对撞机项目的最后几个月里,也出现了许多希望和冲突。我的收件箱塞满了信息,已经有第一批记者要求评论和采访了。

当我打电话给酒店取消预订时,我尽量不去想卢恰娜悲伤的样子。几分钟后,我启动了一种反应机制,它将让我们经历数周的地狱时光。

我做的第一件事就是打电话给法比奥拉,给她解释发生了什么。她和我一样感到惊讶和尴尬。这不是合作的官方结果。超环面仪器项目有一个小组单独行动了,编制了一份内部文件,并在核实和审查之前发布了出去。超环面仪器项目有人想中头彩。这是所有可能的情况中最糟糕的。

这是由老朋友吴秀兰领导的一个来自美国威斯康星州的小组提出的。秀兰是一位经验丰富、技术娴熟、积极进取的科学家,身边都是有天赋的年轻人—维韦克是她的学生之一。她的工作能力极强。她出身于中国香港一个非常贫穷的家庭,年轻时才华横溢,被纽约的瓦萨学院全免学费录取。这所学校专为美国最富有家庭的女孩开设。在这里,她遇到了后来成为肯尼迪夫人的杰奎琳·布维尔。作为一名刚毕业的学生,秀兰与发现粲夸克的小组成员丁肇中一起工作过。也许是由于她们有着共同的中国血统,也许是由于天生的亲和力,她很快就成了丁的学生,从他身上继承了高效率和侵略性。

和许多大型正负电子对撞机项目的科学家一样,吴秀兰真诚地相信,旧机器发现的115 GeV信号中隐藏了希格斯玻色子,因此,她的分析可能是有条件的,几乎是预制的,为了不惜任何代价提取信号。她的工作没有得到其他小组的证实,这是一种不正确的做法,这使得分析非常脆弱。在这种情况下,超环面仪器项目可以轻易将这个小组关闭,但这也可能是一个做得很好的、科学上正确的分析,只是因为她想要这一发现的荣耀完全属于自己而保密。她可能已经能够确定更好的信号选择标准。在这种情况下,经历了合作中各种各样的动**之后,超环面仪器除了采纳它并将其公之于众别无选择。最终,这仍将是一个划时代的发现。对于紧凑渺子线圈项目的我们来说,大灾难即将到来。

反应是即刻的,关于希格斯衰变成两个光子的研究小组(据称是秀兰的发现)被召集起来。维韦克·夏尔马,在欧洲核子研究组织工作了几个月后,回到圣地亚哥庆祝他的孩子米拉的七岁生日,也马上被召回了。专家们组成了一个特别小组来校准量热计,所有收集到的数据都被重新处理,以便释放最新的结果,然后在我们的数据中重现使得超环面仪器出现永久信号的相同选择序列。我们鼓励一切头脑风暴。

2011年4月25日,法比奥拉正式宣布,超环面仪器项目进行了核查,之前令大众媒体兴奋不已的结果是伪造的。在两个光子中没有希格斯粒子信号。这让我安心,但我不相信它。有时官方发表声明是为了减少来自媒体的压力,以便能够平静地工作。没有人能保证这个问题在几周内不会再次发生。只有当我们完成了检查,才能恢复平静,我们仍然需要时间。

最后,我们也得出了同样的结论:115 GeV什么都没有。虽然整件事让我们的神经崩溃了几个星期,但对紧凑渺子线圈项目的工作还是有好处的。双光子希格斯衰变群已经成为最强、最具凝聚力的衰变群之一。害怕输掉与超环面仪器项目的竞争,这几周的工作比几个月的工作更多。新思想和新工具被开发出来。最重要的是,团队精神凝聚了起来,这将在不久之后,当第一个真正的迹象被发现时,这种精神会被证明有着决定性作用。

出乎意料的是,秀兰在深夜来到我的办公室,在40号楼的五楼,我惊讶地听到她为所发生的一切道歉。秀兰脸上总是有一种坚不可摧的神情,不流露任何情绪。她泪流满面,坐在我面前,我无法对她太苛刻。我知道她犯了一个严重的错误,也许是不情愿,也许是出于野心,但她违反了合作中最重要的一条规则。我知道她会付出沉重的代价,在超环面仪器项目内部被孤立。如果她在紧凑渺子线圈项目,我不会仁慈。她现在就在我面前,泪流满面。没人逼她这么做。她觉得她有责任为我们因她而所做的牺牲道歉。我只是告诉她,这些事情已经发生了,现在最重要的事情是向前看,努力地、真正地、发现这个该死的粒子。

复活节已经过去了几个星期,我们再次处于戒备状态。这次我们的数据发生了一些变化,但这与希格斯玻色子无关。加速器正在全速运转,史蒂夫的工作也做得很好:每周我们收集的数据比2010年收集的还要多。按照这个速度,我们将会在6月到达第一个fb-1。在这里,壮观的事件开始有规律地出现。

它们是非常干净的事件,碰撞中只有两个电子或两个μ子在大角度出现,典型的横向高能量事件,并预期会在大型强子碰撞机中发生;未曾预料到的是,它们聚集在一个特定的质量区域,形成一种过量分布的峰值。这就是正在发生的事情。在950 GeV左右,在一个预计几乎看不到任何东西的区域,开始两个,然后三个,最后四个事件出现了。每个事件都好像在说:“嘿,你还在等什么?你没看见我们在这里吗?”

我立即通知合作的所有人。在这些情况下,当我们认为我们可能很快就会有一个发现时,我们会使用一个标准三色代码的系统进行通知。我用橙色代码激活了发现程序,以表明可能有新物理信号。这需要仔细检查,因为它可能会导致误报,但也可能会导致红色代码,也就是宣布一项发现。该过程允许激活所有的协作来控制事件,启动一系列无穷的验证,寻找在相似分析中也可能发生的类似信号,所以我们又一次进入了兴奋和忙碌的阶段。

这些事件似乎与多年来一直在寻找的事件一模一样。这是预测Z玻色子超大质量伙伴的经典衰变模式之一。它们将是与Z玻色子非常相似的粒子,但要重10倍,并且在一些额外维度的模型中可以预测。它们被称为Z ',它们的发现将标志着一个划时代的分水岭。气氛非常紧张。当我们继续收集数据并每天监测其他类似事件的出现时,电子和μ子领域的前沿专家们正在检查每一个细节的质量。为了使μ子脉冲测量的分辨率达到最大,我们准备了一种新的校准方法。类似的信号也在其他的衰变和已知粒子的其他大质量伙伴中寻找,例如W '或top'(顶夸克的伙伴)。大自然可能给了我们惊喜,让我们发现了大约1 TeV的第二组粒子,类似于W玻色子、Z玻色子和顶夸克,在标准模型中分布在100 GeV左右。其他的研究小组开始工作,使用不同的信号选择标准来重新进行所有的分析。

我们的冷静受到了严峻的考验。当所有的检查似乎表明事件是正确的,信号继续加强时,我们准备起草一份方案,并且非正式地通知研究中心的主任。我跟塞尔吉奥说,让他做好准备。我们再等一周,如果这种情况继续下去,我就得召集罗尔夫和法比奥拉开会启动调查程序。在合作中,我们热情高涨。即使最谨慎的人似乎也深信不疑。年轻人无拘无束,他们已经为这种新粒子找到了一个名字,他们把它命名为“圭多”。

我觉得很难受。一方面,我必须准备捍卫一个轰动的结果。这将明确地表明,我们生活在一个多维的宇宙中。这些发现将永远改变我们对世界的看法。这是我们多年来的梦想。另一方面,我担心,一些令人振奋的结果被证明只是统计上的波动。对于紧凑渺子线圈来说,这可能是胜利,也可能是灾难。

然后,突然间,有趣的事件不再出现:一个星期过去了,其中两个事件不见了,它们似乎已经销声匿迹。有一段时间,我们怀疑我们的触发电路中有什么东西已经停止工作,我们不能再记录它们。随着时间的推移,我们屈服了。信号失去了统计意义,越来越弱。我移除橙色警报,提醒塞尔吉奥一切恢复正常。当数据采集完成后,为了纪念Z玻色子的伟大冒险,一个小的剩余统计波动将保持在950 GeV。要弄清楚我们的宇宙不是四维,而是六维或十维,使我们对世界的看法发生划时代的改变,还得再等一段时间,但我们是冷静的,我们不会让自己被热情冲昏头脑。我对紧凑渺子线圈项目组的表现感到非常自豪。

[22]  bastone e carota,大棒和胡萝卜,比喻奖惩并行。