7 改变物理学的七个月(1 / 1)

我的脊背一阵颤抖

欧洲核子研究组织,日内瓦,2011年11月28日

我们用几个星期试了各种方法,但还是没有效果。希格斯粒子研究小组的人疯狂地试图破坏结果或发现分析中的弱点。最有经验的物理学家,见识过各种各样事物的人,都被迫去帮助年轻同事的工作。这些事件一个接一个地由最好的检测专家检查,以寻找每一个细微的病理。人们提出了数百个问题,每个问题都得到了令人信服的答案。最后我们不得不放弃,信号是存在的,而且依然存在。我给总干事打电话确认11月28日的会议。罗尔夫没有给我时间让我、塞尔吉奥以及法比奥拉坐到一起讨论,他让我立即开始。他渴望看到这些数据。因为我们谈过,我们看到了一些东西,但这取决于细节。我打开笔记本电脑,开始工作。我列出了我们能研究的所有衰减模式。我讲述了在处理其中一些问题时所克服的困难,例如我们最初甚至没有考虑过的费米电子学。我展示了我们已经成功实现的敏感性。到目前为止,紧凑渺子线圈已经能够在希格斯粒子仍然隐藏的区域里,发现一些重要的东西。然后我将焦点移到高质量区间的搜索结果。现在我们可以平静地说:在150 ~ 600 GeV的整个区域,没有任何东西与希格斯玻色子相似。

如果我们研究150 GeV以下,就发现这里发生了一些变化。我们不能排除在128 GeV以下希格斯玻色子可能存在,因为在这些部分出现了大量的事件,主要有三个最敏感的衰变通道:两个W玻色子、两个光子和四个轻子。其质量峰值在125 GeV左右,这非常像希格斯玻色子出现时我们所期望看到的情况。它在统计上的显著性还不足以确信:我们已经发现了它。它产生的波动,仍然有百分之一的机会,远低于通常的标准。但我们无法以任何方式让它从我们的数据中消失。

然后就看法比奥拉的了。她的声明干巴巴的,她只说了几个字:“我们看到的情况一样。”她的脊背一阵颤抖。当我们直视对方的眼睛时,我们无法掩饰自己的情绪。我们都知道这一刻的重要性。现在我们确定就是它。我们知道,在这两个实验中,在同一点和同一高分辨率通道出现恶性统计波动的概率确实非常低。

然而,他们并没有表现出热情。如果有人从外面看到围坐在罗尔夫办公室桌子旁的四个人,他不会意识到21世纪的发现刚刚初露端倪。每个人眼中有一些闪光,但整体看起来就像许多常规的会议之一。

“我们现在的重点是决定研讨会的日期,在那里我们将传达结果。今天是12月13日,星期二。”有必要给媒体打电话,做正确的事情,避免必胜的信念,尽可能保持低调。是的,两个大型强子对撞机实验项目在125 GeV左右看到了同样的事件,但没有理由仓促得出结论。几个月后,我们将收集新的数据,这样我们就不会再担心这个信号会逃逸出去。这是不值得推测的。

无须争辩,我们立即决定,这两种结果不会合并。在2012年,这两个实验将继续独立收集更多的数据,最终的发现将在年底公布。届时,在这两个实验中,信号将被加强到克服任何合理怀疑的程度。这一战略将保护我们免受我们今天看到的,可能仍然是统计波动的可能性影响,尽管这种可能性很低。

经过多年的激烈竞争,我们争先恐后地跑向第一名,每个人都害怕失败。现在我们知道,超环面仪器和紧凑渺子线圈将携手冲过终点线,就像两位来自同一个团队的马拉松选手。

现在已经10点半多一点,会议持续了一个半小时,每个人都有很多事情要做。我们互相道别,但我们一离开罗尔夫的工作室,法比奥拉和我就无法抵抗吞噬我们的好奇心。现在我们可以做到了,多年来我们一直公平自律,再也不会有互相限制彼此的任何风险了。我们围坐在电梯附近楼梯平台上的小玻璃桌子周围,整个上午都开着笔记本电脑,讨论两个实验中使用的选择、各种通道获得的结果及事件,以及我们见过的壮观景象。现在我们的眼睛带着笑意和闪光。路过的人都用一种奇怪的眼神看着我们,好像在想:“超环面仪器和紧凑渺子线圈的两位发言人有什么好讨论的呢?他们为什么这么高兴?”几周后他们就会知道了。

在午夜

几天之后,我们将不得不宣布我们所看到的事件,这真是忙碌的几周。控制仍在继续,并且在协作中存在激烈的讨论。我无法说出我对超环面仪器的了解,双方都决定对彼此的结果保密,哪怕只是因为它们可能在最后一刻出现变化。检查继续进行着,如果一旦检查失败,那么总体情况将发生巨大变化。

在紧凑渺子线圈项目中,有很多人,尤其是年轻人,对我们得到的结果充满热情,但希格斯玻色子分析也受到了许多最有经验的物理学家的关注。自从第一个迹象出现后,我就挨个与该实验的所有创始人交谈,从米歇尔·德拉·内格拉和吉姆·维尔迪开始,向他们寻求建议,并分担此刻的责任。我得到了很多支持,很多鼓励,还有一些关于如何继续下去的好建议。

这可能看起来很奇怪,但当我们把讨论扩大到所有的合作成员时,恐惧和强烈的抵抗也出现了。我们将公布的结果引发了热烈的讨论。很多同事不相信这个结果,有些人还公开反对。对许多人来说,这种怀疑是一种审慎的健康态度:信号仍然太弱,我们在那里获得的的迹象还不明显,它可能仍然只是一个统计波动,我不能说超环面仪器也看到了同样的事件,虽然这会让一切更有说服力。也有一些同事依然被以往的经验束缚:“125 GeV的信号是没有的。”“希格斯粒子的质量为115 GeV,我们已经在大型正负电子对撞机中发现了这一点。”“那是一个错误的信号。”最后,少不了嫉妒者,有些人无法掩盖自己的自负。成为一名科学家并不能使你免于人类的痛苦。有人公开向我坦白:“我愿意用20年的生命换取你在此时的地位。”

随着研讨会的临近,也有一些人到我的房间来要求我让步—“你将紧凑渺子线圈暴露在一个巨大的风险中”,“数据中没有任何东西表明希格斯玻色子的存在”,“你承担着巨大的责任,在公众面前展示它们,就好像它们是发现的第一个证据一样。你将为此付出代价”。我已经知道,如果一切都像肥皂泡一样破裂,许多人会扑向我,而只有我一个人承担坏人的过错;另一方面,如果我们最终真的发现了希格斯粒子,那些来批评我的人将会第一个出丑。这就是游戏的规则,任何发言人都非常了解这些规则。

现在距研讨会只有一个多星期的时间了。在半夜,我被一个电话惊醒了。不是P5,它今晚睡得很安分。电话是从意大利拉斯佩齐亚打来的,我被告知,我父亲因急诊住院了。“爸爸。”我对卢恰娜说,她立刻从**站了起来。“我得走了。”她只补充道:“我和你一起走。”该下楼去喝杯浓咖啡,然后给我的秘书基尔斯蒂和娜塔莉发封电子邮件了。我父亲正在做手术。我要去找他。我通知了奥斯汀、阿尔伯特和乔。阿尔伯特·德·罗克和乔·因坎德拉是我的两位副手。当我不在的时候,就由他们来共同负责,而奥斯汀·鲍尔负责探测器的技术工作。我要求大家不要传播这一消息,以免给已经处于压力之下的团队增加不确定性。

晚上,我们随便打包了简单的行李,然后动身前往拉斯佩齐亚。500km的车程等着我们,没有时间可以浪费。宝马520d吞噬了通往勃朗峰的高速公路,我们马上就上了通往隧道的国道。我记住了每一个弯道、每一个测速相机的位置。在搬到日内瓦之前,我每个月都要从比萨通勤好几次,有时坐飞机,更多的时候是开车,我开车就像开着自动驾驶仪一样。不过,在很多地方,我刚好忽略了限速。

工业区熟悉的烟囱告诉我们,我们就要到达目的地了。商业港口和重工业构成了迷人的海湾,让拜伦勋爵着迷,它至今仍保持着美丽。

当我们上气不接下气地赶到医院时,我的父亲还活着,只是还处于药物昏迷中。外科医生们都还在,他们对我很友好。他们耐心地回答我所有的问题,告诉我手术的所有细节。但当我问到父亲能不能撑过去时,他们的表情让我觉得没有希望了。我的父亲已经86岁了,但是他仍然有一个强壮的体格。他一直坚持多种运动,直到几天前,他每天清晨都会跑六千米。他参加过许多马拉松比赛,赢得了组织者为老年运动员专设的奖品和奖牌。但是这个打击太可怕了,医生们都很悲观。我们必须为最坏的情况做好准备,父亲只剩几天或者一个星期的时间了。

医生允许我进入术后康复室,我走到父亲的病床前。我一直通过Skype和总是微笑着的父亲通话。几个小时前,他正在生与死之间挣扎,呼气困难,身上连接着监视各种重要功能的机器。他被心脏病击垮了,而我被他这般痛苦的模样击垮了。

医生说他完全听不见,他听不到我说的话。但我还是走近他,握着他的手,抚摸他的额头,告诉他发生了什么事,他为什么在那里,以及医生对手术的看法。我告诉他我现在在这里,他会得到很好的照顾。我告诉他,他快当曾祖父了,迭戈的孩子即将出生。迭戈是我的儿子,他也是一位物理学家,定居在芝加哥。一切都很顺利,预产期就在这几天。然后我跟他说了在欧洲核子研究组织发生的事,还有希格斯玻色子。我告诉了他将要公告新发现和一些细节:除了研究中心的内部人员,他是第一个知道的人。他睁开眼睛,看见了我。不管医生怎么说,我们还是进行了几分钟的交流。你冷吗?他点了点头。你还认识我吗?他点了点头。我从他的眼神里看出了安慰和温暖。我们继续沟通了一会儿,然后他又开始打瞌睡了。几天后他就会逝去,那个小小的奇迹不会发生。

重大公告

在研讨会结束后的几天里,我不知疲倦地在紧凑渺子线圈工作,紧张局势继续上升。我觉得我活在噩梦里。我把时间花在最后几次对数据的检查和耐心地说服那些仍然对我们结果的可靠性持怀疑态度的人上。每隔两天,我就趁着黑夜跑到拉斯佩齐亚帮助我父亲,哪怕只有几个小时,然后再赶回日内瓦。

在分析小组工作的年轻人几近疯狂。我们鼓励他们提出新的想法,成效明显。有些人已经发展出多元分析希格斯粒子衰变为两个光子的方法。我们没有时间对已经采取的行动进行所有细节的验证:我们正在讨论的内容不会公开,但对我来说,了解发生了什么至关重要。这种类型的分析非常敏感,但我们所看到的过量事件也可能消失。

不过,这个信号不仅持续存在,而且以一种最佳的方式利用所有变量使得信号得到加强,尽管只是轻微加强。

当最新的量热计校准结果可行时,我们松了一口气。我们冒了很大的风险决定使用新的校准常数。我们的做法有些盲目,因为即使在这种情况下,如果两个光子的过量消失了,整个论证就崩溃了。即使在这种情况下,信号仍然存在。事实上,一群来自罗马的年轻人开始研究一个衰变通道,考虑到我们记录的数据量有限,没人认为它现实可行。可是结果令人震惊。他们探索希格斯玻色子衰变成两个光子的过程,这同时包含两个以小角度发射的高能喷流。这是由一对W或Z玻色子湮灭而产生的希格斯玻色子的典型特征。这个通道中的信号比传统的胶子融合产生的希格斯玻色子要少得多,许多人认为这只是一种分析。徒劳的努力。但是来自罗马的小家伙们做了一项伟大的工作,他们找到了一种正确选择事件的方法,他们也看到了125 GeV左右的信号。在我的坚持下,当我们讨论合作的结果时,气氛顿时紧张起来。这个分析非常初步,仍然有可能出现错误,没有人有时间对它进行全面的检查,离研讨会只有几天的时间了。反对意见非常强烈,大家最终决定,不把这个分析囊括在官方结果中,但对我来说,下周二我会将其放在紧凑渺子线圈的结果中,知道这个新研究中也存在信号就像买了人寿保险。

今天是12月11日,星期天,我在准备研讨会。我待在家里就是为了这个目标:只剩两天了,明天就要进行最后的测试了。所有紧凑渺子线圈项目成员都会出席礼堂会议,那些不在欧洲核子研究组织工作的人员将从世界各地连接视频会议。

明天我将站在讲台上,假装面前不是我的同事,而是研讨会上的科学家们,他们周二会聚集在礼堂里。紧凑渺子线圈项目的人员会默默地聆听。最后,他们会对所有内容提出评论和质疑,对每一处矛盾的细节、每一处不清楚的段落都加以批评,哪怕是文字或图形相关的最小细节。

早上晚些时候,他们从医院打电话给我,告诉我父亲没能挺过去。他强健的体魄使他在遭受巨大打击后存活了6天,然后他屈服了。医生们是对的。

我关上笔记本电脑,拥抱卢恰娜;我还得打电话给茱莉亚和迭戈。这个星期,我们每天都交谈,分享那一刻的悲伤,讲述他们祖父相关事情的细节,医生的话语,以及探访的小插曲,但是手机并不能拉近我们之间的距离。我们用Skype看着彼此的眼睛,就好像我们围坐在桌子旁,一起哭泣,互相倾诉,分担痛苦。这是一个充满悲伤和安慰的星期天,与小家庭在一起,重现了传统的充斥着追悼和眼泪的葬礼,克服悲痛,忘记分隔我们和阻止我们拥抱彼此的距离。

研讨会的彩排简直是场灾难,并不是因为我说的内容。讲话内容很好,所做的大量工作的呈现也很好。令大家惊讶的是我的态度、困惑的眼神和流露出不安的肢体语言。我能从他们的表情看出。从那几百双注视着我的眼睛里,我读出了这个问题:“我们多年来认识的那位咄咄逼人、沉默寡言的发言人在哪里?圭多怎么了,是什么原因让他这么不确定?为什么他讲述的时候没有**,带着迷茫、几乎超然的目光,就好像研讨会的主题与他无关似的?”

我已注意到大家对我的诸多观察,并向大家保证我会重视,但是,当我们分手的时候,我从那些鼓励我、拍我后背的人的眼神中看到了怀疑和恐惧。明天大家就会明白到底发生了什么,但是现在没有时间了。我得在研讨会前给弗朗索瓦·恩格勒打电话。我曾向他许诺,9月我们在布鲁塞尔再次见面时,他给了我他的电话号码。“你必须答应我,只要有玻色子出现的第一个迹象就给我打电话。”他告诉我。我答应了:“我会的,不过作为交换,他们给你诺贝尔奖的时候,你得邀请我去斯德哥尔摩。”一次有力的握手和一个美好的微笑敲定了交易。打给弗朗索瓦的电话持续了半个小时。他一如既往的开朗和活泼,他想知道所有的细节。我向他解释说,我们会非常谨慎,研讨会不会发表任何正式声明。然而,事情很清楚,只要我们恢复收集数据,我们就会把发现公之于众。我们最后一个建议是:“把7月的第一周空出来。”弗朗索瓦当时已经计划和他的妻子一起去美国旅游。我毫不犹豫地要求他取消一切计划。“当我们宣布这个发现的时候,你不能在美国!”

与彼得·希格斯的通话则短得多,也平和许多。我花了三天时间,为了今晚给他打电话。我发动了我们共同的朋友。他并不经常使用电话,也几乎不回应任何人。彼得被告知欧洲核子研究组织正在发生的事情时,他没有挂断电话。讲到重点时,我告诉他,第一次有非常明确的证据表明玻色子很可能出现在125 GeV,他必须做好准备,因为2012年将是非常紧张的一年,他的回答只有五个字:“噢,我的上帝。”然后,他向我道谢,跟我寒暄,但在我看来,他似乎更担心他将受到的关注风暴,而不是为他的直觉得到回报而感到高兴。

从一大早就可以明显看出,今天的会议将非常特殊。研讨会定于下午2点举行。礼堂大门在8点半就打开了,几分钟后,除了第一排的座位外,已经座无虚席了。该研讨会将进行直播,有来自世界各地的数千名科学家参加。来自各个时区实验室的数百名同事计划一起跟进这两场演讲:旧金山是早上6点,东京是晚上11点,墨尔本是午夜。电视台工作人员和数百名记者拥向日内瓦。为了表明这次活动的特殊性质,还宣布由罗尔夫·霍伊尔主持这次活动,这在欧洲核子研究组织的传统中前所未有。

我们准备就绪: 超环面仪器项目先发言,这是我们之前抛硬币决定的。法比奥拉镇定自若,即使她的眼睛显示出疲劳和缺乏睡眠。我后来才知道,她在急诊室住了一夜,牙齿脓肿让她痛得发疯,医生想紧急给她做手术。她费了很大的劲才说服医生给她吃了止痛药,放她离开了。我们都很受伤,但很少有人注意到这一点。从今天早上开始,伴随我数周的所有焦虑,以及与之交织在一起的、对父亲逝去的绝望,突然间消失了。我很晚才醒来,紧张地整理和调整演讲材料。今天早上我休息了几个小时,一起床就早早地完成了工作。随之而来的是一种平静的感觉,这种感觉我在这种时刻很少有过。我慢慢地走着,向我遇到的每个人微笑。我知道一切都会顺利。我确信。

法比奥拉在一片寂静中详细地讲述了所有为校准最重要的仪器而进行的研究:量热计的校准、μ子系统的排列、经费的筹划。然后她把重点放在三个最重要的低质量区间搜索上。她展示了他们在双W玻色子衰变中发现的过量。接着,她展示了在125 GeV的两个光子中寻找希格斯玻色子的小波动,以及聚集在同一区域的四个轻子中的一些事件。现在我们来看看:结合三个通道,在126 GeV附近出现了一个峰值。信号还很虚弱,还不能宣布一项发现,但这个已经非常明显了,不能把它视为微不足道的统计波动。结束语是谨慎的,但她演讲结束时的紧张、令人信服的掌声,都有着一个非常明确的含义:也许我们真的发现了。

轮到我了。我在期待和希望的气氛中开始,觉得听众在权衡我所说的每一个细节。我把我们研究的衰变通道一一举例说明。我比超环面仪器项目所展示的要多得多。现在我们可以肯定在大质量区间没有收获。我用费米子通道开启150 GeV以下的区域,希格斯粒子衰变成底夸克和陶轻子对。它们是最难的通道之一,超环面仪器项目还没有研究过。在过去的几周里,在非凡的努力下,我们完成了分析,也发现了一些关于希格斯粒子的线索。我镇定自若地继续讲述,看着每个人的眼睛,我认出了一个又一个紧凑渺子线圈项目的年轻人。从他们的表情我知道,他们现在为他们的实验感到骄傲。当我展示我们在三个关键通道中也看到了过量的事件,在研究双光子和四轻子的过程中,尤其是接近125Gev时,似乎出现了别的东西,我感觉房间里有动静。好像每个人都屏住呼吸,直到那一刻。在我手术的最后一部分,我解剖了我们刚刚记录的剩余部分:是的,我们看到的一切都与第一个希格斯信号兼容。但结论是保守的:信号还不够强烈,我们无法得出坚定的结论。我们必须等待2012年收集的新数据。

当我讲完的时候,房间里爆发出雷鸣般的掌声,似乎永不停止。每个人都知道,两个实验在同一点看到相同统计波动的概率非常低。

直播的组织从一开始就陷入了危机。并不是每个想要参加的人都能联系上,但还是有分布在世界各地的超过15 000人参加了这场研讨会。

最后,罗尔夫、法比奥拉和我一起进入房间回答记者的问题—在一个容纳两百个坐席的房间举行的一场新闻发布会。该会议室是工业建筑翻修的,现在,它与摄影机和工作站融为一体,可以将作品直接传输到编辑部。记者希望我们说“是的”,我们的肯定回答以大写字母作为头条新闻。但我们强加给自己的纪律性让我们能够毫发无损地越过所有的陷阱。有趣的迹象表明,125 GeV附近正在发生一些事件,但现在下结论还为时过早—再等几个月,我们就会知道了。

下午永远不会结束,当我们回到主楼六楼的会议室回答管理欧洲核子研究组织科学政策委员会的问题时,已经快6点了。在几个小时内,我们与世界上最好的物理学家中的大约30位进行了交谈。他们把我们放在烤架上,对我们狂轰滥炸般抛出问题,并且他们想要知道我们刚刚提出的结果的所有机密细节,但法比奥拉和我侥幸成功逃脱。

晚上8点,我们和塞尔吉奥一起上车前往埃维安,大型强子对撞机的物理学家和工程师正在那里等着我们。我们都筋疲力尽,一整天都没吃东西,到目前为止,肾上腺素让我们一直强撑着。一旦坐进车里,我们就会崩溃。我们都饿了。我们贪婪地看着路边不间断掠过的披萨店和小餐馆,幻想着有一盘意面可以吃。但是没有时间了。在埃维安,在距离欧洲核子研究组织65km的一家酒店里,我们与史蒂夫·迈尔斯重聚了,他和他的团队曾经让加速器神奇地在这一年里运转良好,让我们实现了目标。这是他们的年度聚会:用两天时间分享经验,讨论有关加速器的新想法。他们已经在那儿等我们两个小时了,我们不能错过。我们很久以前就和法比奥拉约定,不管13号下午发生了什么,我们都会在晚上加入他们。当我们到达的时候,每个人都鼓掌并拍拍我们的背。当我们梦想着坐在桌边的时候,他们要求我们以简要的形式重复我们刚刚结束的特别研讨会。我们逃不掉了,这是我们欠他们的。冒着我俩都晕倒的危险,我们打开笔记本电脑,准备再坚持一个小时,解释并回答问题。当我们终于到达餐厅时,法比奥拉和我在坐下之前,看着对方的眼睛说:这一天终于过去了,我们必须为这一天感到高兴。我们已经做了一些伟大的事情,并将继续下去。

在波托维内勒海

在研讨会的最后一张幻灯片里,我放了一张父亲的微笑照。我把我的演讲献给了他,因为我知道,如果他能参与到这一时刻,他会感到多么自豪。我仍然记得,1975年,他怀着多么自豪的心情来到比萨参加我的论文讨论。这一次,他的双眼也会充满喜悦。许多同事都写信给我表示感谢。他们感激我的真诚和勇气。在我职业生涯中如此微妙的时刻,有着如此强烈的个人痛苦。

研讨会两天后,我回到拉斯佩齐亚参加葬礼。已经谈了好几次,我父亲表达了一个特别的愿望。他想被火化,他希望他的骨灰撒到海里。

我的父亲非常热爱大海,在我很小的时候,他就把这种热爱传给了我。我仍然记得我小时候的幸福,他对我说:我们出发吧。从蒙特罗索的卵石滩出发,我们游了几个小时,游向蓬塔梅斯科的一块岩石,蓬塔梅斯科是莱万托的岬角,到这儿就彻底脱离五渔村了。如今,这里已成为数百万游客的麦加圣地,一年四季都有大批游客拥向这里,但当时,散布在利古里亚海岸的村庄只是沉睡的渔村,很少有度假者在这里漫步。

在海中,我们彼此相距十米左右,平稳而有规律地前进。

我们穿戴上脚蹼和潜水面罩,看章鱼躺在海底平坦的岩石上。我们不时地看看对方,检查是否一切都正常。直到今天,我还记得那些无休止的游泳给我带来的健康和力量的感觉。

我在市政当局和港务局收集了信息。在海上撒骨灰一点也不简单。所有类型的授权都是需要的,并且这些授权并不是理所当然就能获取的。到了某个时候,我不再坚持,我明白我必须做什么。

我把父亲的骨灰放在骨灰盒里,我要把它带到墓地埋葬。我要做的事不会花太长时间。我跑到波托维内勒,它是一个北部与拉斯佩齐亚湾接壤的村庄中的明珠。12月的日子天气晴朗,五颜六色的房子在阿普安阿尔卑斯山的映衬下显得格外醒目,那里白雪覆盖,还有大理石采石场。帕尔马里亚岛在前方。侧方是圣皮埃特罗小教堂。我父亲对这一天一定会很高兴,他会微笑点头,选择在他喜欢的地方休息,在他每年夏天潜水的海洋里。

生活,就像经常发生的那样,喜欢操纵人类的感情。研讨会结束四天后,在大西洋那一边的芝加哥,一个小男孩出生了。迭戈延续了世代的古老传统,决定以他祖父朱利亚诺的名字给孩子命名。

处于危险境地

研讨会的反响很快遍及全球。数百家报纸和电视宣布,欧洲核子研究组织正把希格斯玻色子逼入死角,而且观测到有东西在125 GeV附近移动。我们一直很谨慎,我们权衡措辞并使用中性的短语,但业内最有经验的人非常清楚正在发生什么。

甚至在官方宣布之前,就有传言说,这两个实验都能看到125 GeV附近的东西。一些理论家疯狂地写文章,预言希格斯粒子就在那里,在大质量区间,他们想尽一切办法在12月13日之前发表这些文章。其他人则开始思考这一发现的所有含义:对超对称性的影响、与暴胀的可能联系、真空的稳定性。还有一些人,比如约翰·埃利斯,在研讨会结束后立即将这两个实验的结果私下结合起来,这个图表四处流传,让人毫不怀疑结论。囊括了研讨会上提出的数据的文章,收集了数百个引用。

这一信息响亮而清晰地传达到了政界最高层。现在是12月15日,距离我们的研讨会只过去了两天,日本首相野田佳彦在东京参加一个物理学家研讨会,宣布他的国家将提供一台新加速器的主机,耗资70亿 ~ 80亿美元。它将被称为LLC,一个巨大的线性加速器,一个真正的希格斯粒子工厂,它将允许我们研究在欧洲核子研究组织看到的新玻色子的所有细节。在确定的发现宣布之前,争夺新一代后大型强子对撞机(post-LHC)加速器领导地位的竞赛已经开始了。

与此同时,我们正在为新的数据采集做准备。策略很明确:为了避免任何形式的制约,两个实验都将随机地进行分析。起初,没有人会去看125 GeV附近的新数据,希格斯粒子被怀疑隐藏在那里。当定义了这次新运行的所有分析程序后,在预定的时间打开新数据,我们将看到在2012年是否发现了与2011年发生的相同信号。经商定,两个实验将在6月中旬完成。

从1月1日起,约瑟夫·因坎德拉被选为我在紧凑渺子线圈项目的继任者,开始领导这个实验。列车以全速启动,但它仍可能在意外或一些杂乱无章的细节中脱轨。局势仍然非常紧张。

在2012年夏蒙尼的会议上,史蒂夫·迈尔斯接受了将能量提高到8 TeV的提议。2011年的经历让大家更加自信。也可以试着去提高亮度,只要实验证实了进一步增加的叠加。每个人都喜欢能量的增加,因为它增加了可以产生的希格斯玻色子的数量,但另一种相互作用数量的增加是可怕的。每一次光束交叉平均会产生20次碰撞,峰值为40次。探测器能挺过这地狱吗?希格斯玻色子的分析,尤其是最关键的那些部分,能幸存下来吗?最终我们接受了挑战,但我们又一次被迫重新来过。我们重新设计了触发逻辑,以8 TeV的新能量产生了数十亿个事件的模拟,发明了新技术来减轻堆积对敏感分析的影响。所有的一切都必须在几个月内结束,因为4月初又要开始了。

3月初在拉蒂勒举行的年度会议,是阿尔卑斯和落基山脉各滑雪胜地举行的一系列冬季会议的重头戏。今年的讨论都将围绕“发现”希格斯粒子的第一个证据而展开。在科学界仍有激烈的讨论:许多人相信希格斯粒子实际上已经被发现,但一些人仍持怀疑态度。很快就到7月4日了,我还在和同事们讨论125 GeV区域没有什么数据。一段时间以来,我想出了一个让他们陷入危机的策略。我提议打赌:不是通常的20美元,而是一大笔钱。我笑着提议,我想让他们怀疑我真的很认真。

我有一个笔记本,上面记下了大家名字的首字母缩写和下注的金额,我大声地朗诵着,一万五千英镑,两万英镑,等等,有的人脸有点发白了。当然,我从未试图从这些赌注中获得收益,如果我这么做了,我会变得非常富有。

从4月初重新启动以来,大型强子对撞机一直运转良好。在6月中旬,又收集了5 fb-1的新数据。分析已经准备就绪,只需要看一下数据,就可以决定在6月15日正式进行分析,以便有几周的时间来准备在国际高能物理会议开幕式上展示的结果。今年的会议将于7月4日在澳大利亚墨尔本举行。关键的时刻到了。选择进行盲法分析并不是上面的命令,而是超环面仪器项目和紧凑渺子线圈项目详细讨论的一个结果。我们对策略的优缺点进行了数周的评估,最终所有人都接受了。这两个合作项目都意识到了利害关系的重要性,并理解了选择自我约束的决定。因而没有任何人违反这个决定。直到昨天,当分析工作启动时,分析师有24小时来运行他们的程序。他们通宵工作,检查并制作了数百个图表,并准备了今天我们第一次能够一起讨论的报告。

这是一个星期五的下午,日内瓦的天气热得令人窒息。这种情况很少发生,但夏天的到来迫使我们不得不让会议室的门敞开着,那里现在挤满了人,而且没有空调。座位很快就坐满了,地板上到处都坐着人。成百上千的人通过视频会议联系在一起。每个人都知道这将是一个特殊的日子。我对数据中会出现什么几乎没有怀疑,但我和其他人一样感到好奇。近几个月来,希格斯粒子的分析得到了进一步的改进。细致的工作使人们相信多元分析可以应用于许多领域。在所有的分析中,几个独立的团体已经寻求不同但互补的路径,而且各处的敏感性都增加了。无论今天的结论如何,结果都将是可靠的。

当我进入房间,我立刻明白不会有任何意外。那些在晚上看到结果,并在几分钟前准备好图表的人,笑着欢迎我,拍拍我的背。有人想在我们开始会议前和我拍张照留念。为了缓解紧张气氛,艾伯特·德·罗克戴着黑色眼罩出现在会议现场,他们戴着这种眼罩在洲际旅行的航班中睡觉。他周围的每个人都笑了起来。展示马上开始了。成果展示者都很年轻,其中有很多女孩。

希格斯粒子衰变成W玻色子对的结果很好。介绍成果的是一个意大利人,他现在在加州和维韦克·夏尔马一起工作。影响整个低质量区域的事件明显过量。这是好事,但每个人都知道,单独来看,这个结果并不是决定性的。

当两个光子中的希格斯粒子到达的那一刻,整个房间都屏住了呼吸。展示成果的年轻女子很平静,还准备好了玩笑。她是麻省理工学院的一名中国学生,她演示的结果创造了一定的悬念,就像在电视节目中那样:“这些是2011年的结果,”她展示的峰值在125 GeV左右,“但你们想看到2012年的结果,对吗?让我们一起倒计时3,2,1,来吧……”她展示了2012年的图表,在相同的区域有一个明显的峰值。把这两个结果结合起来,这个峰值由于统计波动而产生的概率变成了十万分之一。

然后轮到四个轻子中的希格斯粒子,一个意大利女孩展示了结果。同样,在2012年,125 GeV这一区域也发生了一些事件,而我们在2011年的记录是过量的。但是现在单是这个通道的波动概率已经变成了万分之一。没有必要再添加任何内容。我们现在都知道,将三种主要分析的结果结合在一起,这种可能性将大大降低到百万分之一以下:我们已经达到了可以宣布这一发现的信心水平。

结果传达给了罗尔夫和塞尔吉奥。还有无数的检查和控制需要完成,最重要的是,我们需要看看超环面仪器项目有什么结果,我们紧凑渺子线圈项目的结果已确定。

6月中旬的那个星期五之后,就没有人再说话了,没过多久就能弄清楚到底发生了什么。紧凑渺子线圈项目的人员在欧洲核子研究组织的自助餐厅里转悠,眼睛闪闪发光,笑容灿烂,幽默十足。来自超环面仪器的信息更具争议性。走廊里聚集的谣言告诉我们,在两个光子中存在强烈的希格斯信号,但超过一半的统计数据表示在四个轻子中发生的事件仍然太少。这个非常重要的通道并没有带来预期的结果,而超环面仪器项目担心紧凑渺子线圈有能力宣布这一发现,但他们只能证实这一发现,这显示出一个更加微弱和不那么令人信服的信号。在紧凑渺子线圈项目中,在参加国际高能物理会议之前,他们强迫自己在一个特别研讨会上演示数据,就像去年12月那样。超环面仪器项目犹豫了,放慢了速度。最终,罗尔夫在6月22日确定了研讨会的日期。即使是欧洲核子研究委员会也坚持认为,在前往墨尔本之前,这些数据必须向公众公布。已经确定,7月4日是最后一个可以下午离开并在第二天到达澳大利亚的有效日期。研讨会特意安排在上午9点,以便出席首届会议的人士可以现场观看。

仍有不确定性:没有人,甚至紧凑渺子线圈,想要使用“发现”这个词。几天后,超环面仪器也松了一口气。通常情况下,统计数据开了一个糟糕的玩笑。分析完最后一部分的数据,期待了这么长时间,那些非常宝贵的事件终于出现了。一组不错的四轻子事件集中在125 GeV附近,这让实验重回正轨。事实上,他们的信号几乎比我们的更令人信服。超环面仪器在6月25日产生的各种通道的组合,显然超过了宣布这一发现的门槛:在合作会议会场外回响的欢呼声,是这一点最清楚的证明。毫无疑问,7月4日的研讨会将被载入史册。

希格斯粒子独立日

2011年12月13日的经历,让许多无法亲自参加研讨会的人感到痛心。这一次情况会更糟。从前一天晚上开始,就有人在一楼露宿,成为第二天早上第一批排队等待开门的人。7月4日,一大早,我就去了礼堂。我很好奇在希格斯粒子独立日这一天会发生什么。

兆电子伏特加速器项目想给我们点打击,我有些窝火。几天前他们发表了一篇文章试图证明他们是第一个发现希格斯玻色子的人。读毕,我们明白它不包含任何重要的新闻。在寻找衰变成两个底夸克喷流的希格斯粒子的过程中,他们看到了大量影响整个115 ~ 145 GeV区域的事件,并且与该区域的一种新粒子相匹配。太容易了。他们从12月就知道我们有超过125 GeV的能量,他们知道欧洲核子研究组织最近几个月发生了什么,他们一直试图欺骗我们,直到最后。这是一种低调的策略,目的是将公众的注意力从今天将要发生的事情上移开,他们希望能进入赢家的行列。这个举动微不足道,不会留下任何痕迹,却激怒了许多人,我就是其中之一。

7点30分,当我到达礼堂时,已经有几百人排起了令人震撼的、紧凑的队伍,他们分布在两层楼,横穿整个餐厅。只有一小部分人能进入礼堂。队伍几乎没动。我顺着队列爬上通往一楼的楼梯,那里的气氛就像在举办一场摇滚音乐会。我发现几十个来自紧凑渺子线圈项目的男孩和女孩,他们跟我打招呼,拦住我,跟我握手,或者跟我击掌。当我走上楼梯时,雷鸣般的掌声和礼堂里的尖叫声爆发出来。我环顾四周,因为我不知道这是为谁准备的。然后,看着那些年轻人的脸庞和微笑,我明白这是给我的。每个人都鼓掌,即使是超环面仪器项目的人,即使是排队的陌生人。

我感谢他们并向他们致意,这种出乎意料的致意让我感动,也让我无所适从。

这次每个人都被邀请了。卡洛·鲁比亚、卢西亚诺·马亚尼以及前欧洲核子研究组织前任总干事史蒂夫·迈尔斯和林·埃文斯。最重要的是,他们,1964年的男孩们。弗朗索瓦·恩格勒一进屋我就拥抱了他,我们笑着,兴高采烈,但我还是忍不住:他戴的领带太难看了,而且与黑夹克和红条纹衬衫不协调。我困惑的目光并没有被忽视,弗朗索瓦向我解释说,点缀在它上面的那些巨大的彩色立方体是标准模型的粒子。这条领带是赫拉尔杜斯·霍夫特送给他的,霍夫特亲自设计了这条领带。他向霍夫特保证,如果他们发现了他所谓的“标准模型的标量”,他就会戴上这条领带。

当彼得·希格斯入场时,礼堂里已经挤满了人,掌声如雷,尖叫声和嘈杂声似乎永远不会停息。彼得满脸通红地坐在自己的位置上,害羞地微笑着,挥手向那些热情欢迎他的男孩们问好。

这次是紧凑渺子线圈项目优先。乔·因坎德拉用了几十张幻灯片,详细说明了仔细准备分析的所有细节工作,但他并没有决定展示结果。紧凑渺子线圈的时间应该已经结束了,到处都是一些轻微的嗡嗡声,但没有人敢打断。你必须等到第43张幻灯片才能看到希格斯粒子产生两个光子。12月的轻微波动已经成为无可争辩的过量,即使用肉眼你也可以看到在125 GeV区域发生了一些事件。当乔展示希格斯粒子衰变为4个轻子的结果时,整个会场一片寂静。然后,他继续讲到希格斯通道转变为两个W玻色子。当他显示出这些通道组合后,紧凑渺子线圈信号超过了5西格玛(说出“发现”这个单词必须超过5西格玛的标准),现场响起了雷鸣般的掌声。每个人都笑了,包括乔在内,他现在明显地从一直紧张的情绪中解脱出来。演示还没结束,但是每个人都听到他们想听的。乔并没有说出“发现”这个词,但结果的意思很清楚。他结束演讲时,研讨会现场掌声热烈,令人信服。

现在我们来听听法比奥拉的演讲,她已经登上了讲台。她用的时间较短,大约20分钟后,她已经完成了介绍部分,并立即展示结果。她也从两个光子开始,展示了一个明确的信号,信号如此强烈,以至于它几乎可以自己说出人们想说的话:我们已经发现了它。即使在最后的4个轻子衰变中,超环面仪器的信号也和紧凑渺子线圈一样强大和令人信服。再花几分钟来解释两个W玻色子中的过量部分,我们得出结论:在组合中,信号超过了5个西格玛。演讲还没结束,掌声就响了起来,愈发热烈,年轻人像是在球场上呐喊尖叫,每个人都站了起来。

现在,人们的目光转向了礼堂右边的那个区域,弗朗索瓦·恩格勒和彼得·希格斯坐在那里,彼此相距不远。两人显然颇受感动,彼得不得不用手帕擦去几滴眼泪。弗朗索瓦会在几分钟后说,他想起了罗伯特·布劳特,和他一起冒险的伙伴。布劳特在2011年去世,甚至没能有机会知道自己是正确的。

彼得不愿解释为什么他被感动了,大家都以为是喜极而泣。而我确信,在那一刻,他想到了乔迪,他深爱的前妻,想到了他为现在在这里必须付出的代价。

在演示的最后,他开始发言,最终说出了大家都在等待的一句话:

“我想我们做到了。你们同意吗?我们发现了一种新粒子,它的特征与希格斯玻色子的预测一致。”

20多年来,我们为实现梦想而奋斗,经历了风风雨雨。然后,就在我们似乎又要失败的时候,在最绝望的时刻,发生了一件事:我们开始看到非常特殊的事件,第一个线索出现了。最后,事情以意想不到的速度发展,几个月后,一切都变了。

自从第一个微弱的迹象出现以来,已经过去了7个多月,现在全世界都在庆祝这个新的伟大发现。这对我们来说仍然不真实,一切都发生得如此之快,以至于我们很难说服自己这是真的。这一发现标志着一个影响深远的分水岭:一切都将改变。物理学已经发生了深刻的、永远的变化,但朝着哪个方向呢?