别致的博彩

（《新发现》专栏，勿转）

现代社会中的人因为要打发时间发明了很多游戏，博彩大概是影响我们生活的最大游戏方式之一。虽然我自己从来没有玩过，但我儿子就玩过足彩，输赢我从来没有问过。

博彩玩到物理领域大概是绝无仅有的了。但最近确实就发生了，这是就欧洲核子中心大型强子对撞机是否在今年发现上帝粒子开的盘口。花费近一百亿欧元打造的大型强子对撞机集近一百个国家、超过一万位科学家和工程师之力，目的是找到所谓上帝粒子。

什么是上帝粒子？用物理学家的术语就是黑格斯粒子，这是一种奇特的粒子，与自然界几乎所有的粒子都有耦合，并将赋予这些粒子质量。正是由于它在粒子物理学中的特殊地位，美国实验物理学家Leon Lederman在一本科普读物中将这个粒子称为上帝粒子。上帝粒子与众不同的另一个特点是，它也许是自然界中仅有的无自旋粒子，至少在粒子标准模型中是如此。所以，找到上帝粒子一方面是对标准模型的最终验证，另一方面是打开了通往理解世界为什么有质量、在这些质量背后是否还有我们不知道的秘密的大门。当然，粒子物理学家建造大型强子对撞机的另一个目的是找到很多理论家预言的新世界中的东西，例如超对称、大额外维、微型黑洞，等等。

大型强子对撞机于2010年3月30日开始在每单个粒子能量为3万5千亿电子伏进行质子与质子的对撞实验，一直在提高亮度（即单位面积的粒子流量），但维持在这个能量上。也许要再过一两年，能量才会提高到对撞机的设计能量，每个粒子7万亿电子伏。令一些理论粒子物理学家失望的是，所谓超对称、大额外维、微型黑洞还没有一个愿意浮出水面。也许，这些令人着魔的神奇物理现象将永不浮现，这当然会给予一些乐于构造这些理论模型的物理学家以重大打击，但对另一些观望的物理学家却是好事。毕竟，大设计应该比我们能够预想来得更神奇。我们还会有更好的发现新物理的机会。或许，大型强子对撞机在今后两年到三年会给我们带来惊喜。

那么，英国著名的博彩公司Bookies开的盘口是什么？在粒子物理学家聚集在法国东南部城市格勒诺布尔参加欧洲高能物理会议之前，为今年发现黑格斯粒子博彩公司开出的赔率是12比1，也就是说，如果黑格斯粒子今年被发现，你投一块钱赌注就会赢12块。赔率越高，博彩公司越不看好。7月20日到27日，欧洲高能物理会议之后，博彩公司将赔率下降到1比3，也就是说你下赌注3块，只能赢1块，与之前的赔率差了36倍。所以，会议之后，博彩公司突然改变的主意，开始看好黑格斯粒子在今年就会被发现。

改变博彩公司态度的重要的原因是，大型强子对撞机的两个重要实验组独立得到一些倾向支持黑格斯马上就出浮现的结果。实验组ATLAS发现，在质量120到145京电子伏（一京等于10亿）之间，有一些反常事例，置信度大约是99%。而另一个小组CMS也在120到145京电子伏之间看到了一些反常事例，可信度不确定。在粒子物理实验中，只有99%即两个9的置信度是远远不够的，一般人们需要6个9，即只有百万分之一的不可靠性才会相信一个粒子被发现了。

物理学家如何去发现上帝粒子？最直接的办法是看粒子衰变的产物。在粒子物理世界，除了少数几个粒子，所有粒子都是不稳定的，黑格斯也非常不稳定，例如它会先衰变成很重的中间玻色子（一种传播弱相互作用的粒子），中间玻色子再衰变成其他粒子。每个这样的衰变都有其特殊性，实验物理学家们利用的就是这些特殊性。寻找一个粒子，就像在人群中寻找一个人，找这个人的相貌特征。如果我们将这群人叫作背景或本底，那么我们要找的人是背景之上的特殊面孔。
ATLAS在大约一百个背景事件之中看到了20个例外事件，CMS也类似。正因为两个独立的实验在类似的背景中看到了类似的例外事件，才让人们有理由相信黑格斯粒子的质量大约位于120到145京电子伏之间。这个质量是质子的120倍到145倍。

做物理实验，我们不但要寻找黑格斯粒子的证据，还要排除黑格斯的质量范围。目前，ALTAS小组认为黑格斯粒子质量不太可能在155到190京电子伏之间，排除率是95%。CMS则在149到206京电子伏之间排除了黑格斯，排除率也是95%。

美国费米国家实验室的太伏对撞机（即每个粒子的能量近一太电子伏特=一万亿电子伏特）即将于今年9月关闭。在关闭之前，在该对撞机上做实验的两个独立小组也获得了对黑格斯粒子质量的限制。他们也或多或少地排除了较大质量的黑格斯粒子。

所以，博彩公司还开出了以下关于质量区间的赔率：

6/1 130 GeV 或者更低
13/8 131–140 GeV
5/2 141–150 GeV
7/4 高于 150 GeV

举例来说，如果你打赌黑格斯质量低于130京电子伏，那么你下注一块可赢6块。这个低质量区间是一些超对称模型比较看好的。博彩公司比较看好质量区间131-140京电子伏，其次是150京电子伏以上。

如果我押宝，我打赌上帝粒子将在今年出现，可信度达4个9，即4个标准误差。需要等到明年才能完全确实这个粒子。到明年年底，大型强子对撞机积累的数据大约是目前已经积累的数据的10倍。在这么多数据的基础上，黑格斯粒子将展示它的面目，而超对称粒子等理论物理学家已经预言的新粒子将不会出现，但我不排除完全没有被预言过的新粒子会出现。

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