【科學新知】希格斯玻色子大發現

■全世界最大的原子對撞機兩隻獨立研究團隊，分別宣稱他們「觀察到」一種新的次原子粒子，看起來就像是大家認為決定宇宙大小與形狀的希格斯玻色子 (Higgs boson) 。

編譯│高英哲

俗稱「上帝粒子」的希格斯玻色子，數十年前就已有理論預測其存在，可用來解釋宇宙如何運作；然而這種粒子捉摸不定，科學家尋找了很久，一直無法發現它確實存在。歐洲核子研究組織 (CERN) 在瑞士與法國邊境斥資百億美元，建造大型強子對撞機 (LHC) ，讓高能質子進行對撞，藉此研究暗物質、反物質、以及宇宙生成的大霹靂之謎，並且持續尋找希格斯玻色子。

領導 CMS 研究團隊兩千一百名科學家的喬伊．因坎戴拉 (Joe Incandela) ，在七月四日對歐洲核子研究組織的科學家表示，他們團隊「觀察到」一種新的玻色子，觀測資料與希格斯玻色子的類型相符。領導另一隻由三千多名科學家構成的研究團隊 ATLAS 的法畢歐拉．吉亞諾提 (Fabiola Gianotti) ，也說他們在大型強子對撞機裡，同樣觀察到一些「美麗的事件」發生。

歐洲核子研究組織主任羅夫．休爾 (Rolf Heuer) 已發表聲明，證實這兩隻研究團隊確實發現了與希格斯玻色子模式相符的次原子新粒子。研究團隊在擠滿人的大禮堂內，發表希格斯玻色子的觀測證據，發表過程不時被在場科學家的滿堂喝彩打斷。

這場研討會原本是為在墨爾本舉辦的粒子物理大會 ICHEP2012 揭開序幕，然而 CMS 跟 ATLAS 在研討會上報告他們尋找希格斯玻色子的初步結果，卻已經帶來前所未有的高潮。他們都觀察到一種新粒子，質量介於 125 到 126 GeV （十億電子伏特，衡量粒子質量所用的單位）之間。

「我們的觀測資料很明確地指出，這種新粒子的質量在 126 GeV 左右，準確度達到五個標準差，」吉亞諾提說。「不過我們還需要一點時間，才能把觀測結果拿來做正式發表。」

「雖然只是初步的觀測結果，但是我們以五個標準差的準確度，看到新粒子的質量落在 125 GeV 左右，這已經很有戲劇性了。這絕對是一種新粒子，一定是玻色子，而且是目前所發現質量最重的玻色子。」因坎戴拉這樣說。「這項發現意涵十分重大，我們一定要加把勁來進行研究跟交叉比對。」

歐洲核子研究組織研究主任塞吉．伯托路奇 (Sergio Bertolucci) 則表示：「你很難不為這些觀測結果感到興奮。我們去年宣布到了二〇一二年，如果沒發現像是希格斯玻色子的新粒子，就要準備揚棄標準模型裡的希格斯玻色子了。就我看來我們現在正站在研究的分歧路口上：觀察到這種新粒子，意味著未來我們對於解讀資料，要有更加深入的了解。」

這次發表的觀測結果之所以叫做「初步結果」，是因為觀測結果來自二〇一一年跟二〇一二年的資料，而二〇一二年的資料還在分析當中。正式發表預計是在七月底，之後等到大型強子對撞機提供更多資料，就能勾勒出更完整的樣貌。

下一步就是要確認這種粒子的確實性質，以及它對於我們了解宇宙有何助益。它的性質就像是我們找了很久，粒子物理標準模型所欠缺的最後一塊拼圖，希格斯玻色子嗎？還是它比希格斯玻色子更加神祕難測？標準模型描述構成宇宙裡一切可見事物的基本粒子，以及粒子間交互作用的各種力量，然而我們所能見到的一切，在整個宇宙裡似乎還佔不到百分之四。若是有比希格斯玻色子更神祕難測的粒子，或許可以做為使我們了解另外那百分之九十六，曖昧不明的宇宙橋樑。

「這是我們了解自然的里程碑，」休爾說。「發現與希格斯玻色子相符的粒子，開啓了進一步詳加研究的大門。我們需要做更多統計工作，把這種新粒子的性質確定下來，如此就有機會為宇宙裡許多未解之謎，帶來新的見解。」

要把這種新粒子的特性確實辨識出來，曠日費時並且需要龐大的資料。不過無論希格斯玻色子會以什麼樣的形式登場，我們對於物質基本結構的知識，即將向前邁進一大步。
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 研究出處：CERN physicists report strong evidence of Higgs boson (w/ live video from CERN)

 延伸閱讀：歐洲 CERN 科學家發現「上帝的粒子」(PanSci)

責任編輯：Nita Hsu