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6 在沉默中迎接宇宙的真相（第2页）

对于一个经过多年努力的组织来说，心理上的影响也不应该被忽视，这个组织已经经历了无穷无尽的“苏格兰淋浴”—冷热交替。我们每个人都知道，安理会的文件在科学上是正确的，但没有人能使我们相信，我们对发现一种新的物质状态或排除它的存在也感到同样的满意。

我们只是缺少了中微子！

我几乎窒息了。我被匆忙吃下的那一口三明治噎着了。我和塞尔吉奥在一起，欧洲核子研究组织中央大楼的六楼，总管理处的楼上，就在我们会见最重要的科学或财务委员会的房间外面。我们正在休息，吃点东西，喝杯咖啡。很快我们就会重新投入会议中去，这将会占用我们一整天的时间。塞尔吉奥把我拉到一边说：“一颗真正的炸弹就要爆炸了。还有一些测试要做，但似乎由安东尼奥·埃里迪达托领导的OPERA[24]小组已经测量出超光速的中微子。几个月来，他们一直在反复检查每件事，效果依然存在。官方声明将很快发布。系好安全带！”

OPERA是位于意大利格兰萨索的一个重要的地下实验室，距离欧洲核子研究组织700多千米，坐落在山脚下的一个洞穴里。实验的目的是收集μ中微子束转变为τ中微子的证据。关于中微子转变的倾向，已经被确认为这个家族的其他成员，但是还没有人记录下OPERA研究的过程。欧洲核子研究组织发射了一束高强度的μ中微子，它被引导到地下穿越地壳到达格兰萨索。中微子是一种非常轻的粒子，不带强电荷和电磁电荷，可以不受干扰地穿过数千千米的岩石。OPERA记录了这些粒子与设备之间罕见的相互作用，并在这些相互作用中寻找那些非常罕见的情况，在这些情况中，从欧洲核子研究组织发出的中微子（μ中微子）转变为另一种中微子（τ中微子）。

2010年，OPERA成功地识别了第一个转换事件，并继续收集数据以识别其他事件。顺便说一句，他们也测量了这些粒子到达格兰萨索的时间，正是通过检查这个数据，物理学家们发现了一个惊人的异常：比预期提前了600亿分之一秒。有个小问题，不过如果得到证实，就有必要承认，在某些条件下，中微子的速度能超过光速。这是一个轰动的且完全出乎意料的结果。

我的第一反应是烦恼。我们只需要这个，现在！在我们应该保持更专注和更冷静的时期，又一场媒体风暴向我们袭来。我们不是把所有的精力都花在分析大型强子对撞机提供给我们的新数据，并理解所有的微妙之处上，而是不得不浪费时间回应记者，向电视解释、告知这些措施的细节，以确保不会说不准确。

然后恐惧就来了。现在，我们在最坏的情况下结束了。这种措施并不能说服我，而且我不是唯一认为一定有什么地方出了问题的人。绝大多数科学家持怀疑态度。这倒不是因为对狭义相对论的不加批判的信任占据了主导地位。事实上，科学家们必须承认，迟早会有一个实验来临，它会让一切坍塌，即使是那些我们认为像花岗岩一样稳固的少数确定性。

怀疑的原因是，中微子的速度已经被测量了好几次，而且一直被发现与光速一致，即使在很远的距离上也是如此。当1987年的超新星爆炸时，多项实验测量了这颗垂死的恒星发出的中微子的到来，没有发现异常。这种情况下的能量确实不同，但人们应该像抓住救命稻草一般去思考，恒星发出的中微子比欧洲核子研究组织光束发出的中微子传播速度要慢。然后，如果这是真的，将会对其他已经以最大精度测量而没有发现任何异常的量产生重要的影响。

我的恐惧来自突然出现在我面前的噩梦般的场景。今天我们都在庆祝这一令人难以置信的成就，并且在这几个月里，欧洲核子研究组织被戴上了高帽子：这是世界上最重要的实验室，在这里有划时代的发现，甚至是对爱因斯坦的质疑。然后，也许在几个月后，事情就改变了，关注和盛赞会突然变成信誉的丧失和全球的耻辱。就是在这种情况下，参与大型强子对撞机项目的我们说道：“我们发现了希格斯玻色子。”欢迎我们的喧嚣声已经在我的耳朵里回响。但谁会逼我们做这种让自己陷入混乱的事情呢？欧洲核子研究组织把它的活动和声望与埃里迪达托的实验结果联系起来有什么好处呢？此外，OPERA甚至不是它的实验之一！

然而，此刻木已成舟。埃里迪达托在宣布重大消息的历史性地点—中央大礼堂公布了实验结果，而这则新闻如预期的那样引起了全世界的关注：数百篇文章、数十次采访和各种网站。即使是我，一个与此无关的人，也会接到几十个人打来的电话和电子邮件，祝贺欧洲核子研究组织的伟大新成果。我不得不咬紧牙关，不说出我的想法。在官方评论中，我不得不尽量保持冷静：“有趣的测量，但是……在……之前需要做许多检查。其他实验将不得不证实……”

当人们了解与OPERA项目合作中存在着一种垂直的分歧时，就更加困惑了。这种分裂如此之深，以至于许多人都没有在要求出版的文章上签字。这证明了实验的内部机制中有些东西不能正常工作。

正如我们已经看到的，事实上，在大型协作中记录到意外结果时，就会触发验证和控制程序，涉及的发现在科学上影响越重要，研究就必须更加深入。组织这一验证过程并确保没有任何遗漏是发言人的主要职责之一。如果没有内部的验证机制，紧凑渺子线圈每天都能发现超维信号和超对称粒子。在如此复杂的仪器中，什么都能产生出那些能够彻底改变我们对宇宙的看法的相似的信号：未完全校准的检测器、电路故障、微不足道的电磁干扰、被忽略的物理背景、被遗忘的软件漏洞……可以无限地列举下去。

这是一个熵的问题。有成千上万种不同的方法来酿造劣质葡萄酒，但只有一种方法才能酿造出优质的西施佳雅葡萄酒。物理结果也是如此。没有什么神奇的方法可以百分之百保护你，但是如果你因为太过匆忙或者被聚光灯所吸引，而忽略了任何一个最重要的控制程序，结果肯定是灾难性的。为此，需要自我控制和冷静。最重要的是，所有从事实验的物理学家都必须参与这些决定。你需要马上给成千上万充满**和智慧的专家打电话，找出你可能一直忽略的某项测量的缺点。

第一道保护措施是在实验中使用最大的透明度。每个人都必须有权访问所有信息。每个人都有权利和义务对某一分析小组得出的结果进行猛烈批评。每个人都必须访问研究的每一个细节，并能够复制它们。如果结果有显著的影响，就必须要求更多的独立团体使用完全不同的方法和软件来尝试重新得到该结果。在这个过程中，必须把等级制度和权威原则放在一边。我在紧凑渺子线圈项目中见过很多非常年轻的学生，他们只问了一个简单的问题，就否决了著名教授提出的结果。

然而，必须接受的是，尽管我们尽了最大的努力，仍然可能会犯错误。很多实验都发生过这种情况，甚至是最著名的那些。1985年，UA1，鲁比亚领导的实验，宣布发现了40GeV的顶夸克，但UA2无法得到这个结果，很快就证明鲁比亚的结论是错误的。在这场事件中，刚刚获得诺贝尔奖使他避免了比瞬间失去信誉更严重的后果。我们已经提到过大型正负电子对撞机项目对115GeV希格斯粒子的假警报，类似的名单很长。

当你推动你的部队去探索新的领域时，你必须意识到你可能会犯错误。你必须承认，在成百上千不可能的实验中，有一些会犯错误。科学验证，自伽利略的时代起，就要求必须通过在相同条件下重复进行相同的实验来找到结果，并且经过其他独立的观察者“尝试且再次尝试”必须得出相同的证据。在过去的400年里已经表明，这个机制能正常有效工作。即使在OPERA的事件中，也只需要几个月时间就能意识到这些条件并不存在：其他实验无法得出这个结果，因此该结果会立即被当作可能发生的众多错误之一存档。在此次合作中发生的事情是不正常的。后来人们知道，一些测量的细节也被隐瞒了，甚至实验的合作者也不知晓。独立的研究小组没有被要求检查所有的东西，并试图用不同的方法重现结果。发言人急于宣布这一重大发现。那些表示困惑并要求核实的人被当局要求保持沉默，因此他们没有签字署名。所有这些严重的错误都阻止了问题的及时暴露。随后在2012年春天问题还是被发现了：一条愚蠢的光缆连接不良，以及引起如此大轰动的测量是错误的。

对于大型强子对撞机项目来说，我们很幸运，因为这一切都发生在春天。几个月前，我们已经在12月的研讨会上向世界宣布，我们有了玻色子存在的第一个证据。当OPERA承认他们的错误时，我们在欧洲核子研究组织已经着手发现希格斯粒子了，但风险仍然很大。

最后，所有的责任都落在了埃里迪达托身上，他确实犯了错误，但最终付出了比他真正的错误更高的代价。他很沮丧，被迫辞去发言人一职，而那些曾称赞他为新爱因斯坦的媒体公开嘲笑他。在这失败和耻辱的时刻，凡是曾经登上胜利马车的人都瞬间消失了。欧洲核子研究组织假装什么也没发生。一份冷冷的新闻稿称，OPERA发现了实验设置中的缺陷，质疑了几个月前公布的结果。过了一段时间，在回忆那段时期时，塞尔吉奥·贝托鲁奇会用一贯的语气取笑说：“我很清楚结局会是这样的。在意大利，什么时候会有东西比预定时间提前到达？”

通过某种方式，在某种时机下，肯定是有机会发现中微子爆炸的。也许有人需要欧洲核子研究组织来制造轰动的效果。自2008年以来，该实验室就一直处于被媒体过度曝光的状态，而这种不断出现在头版的需求正是媒体过度曝光的后果之一。长期以来，我一直试图了解是谁决定以欧洲核子研究组织的名义赞助OPERA的发现。我只得到了最经典的责任推诿。在这一点上，我担心我的好奇注定得不到回答。

扼杀那个信号

当全世界都在关注中微子的时候，我们继续分析新的数据。史蒂夫不断提高加速器的亮度，一切都运行得很完美。我们收集了很多数据，但我们必须解决我们的问题。最严重的问题就是连环相撞。

为了增加亮度，史蒂夫增加了每个光束包中质子的密度，并改善了光束的聚焦。所有这些都涉及一种在大型强子对撞机等机器中广为人知的现象，但我们没想到这么快就必须处理这种现象。在实践中，每次光束交叉的碰撞次数显著增加。我们很快地从每一次交叉只能重建一个相互作用的理想状态，过渡到平均碰撞次数为12次的状态，在极端情况下，可能变成25次。其中，只有一种可能是有趣的，其他的碰撞都不是很有活力，但每一个粒子都会产生几十个粒子，这些粒子加剧了你想要研究的事件的混乱。

大型强子对撞机实验就是为了解决这个问题而设计的，但这是我们第一次真正面对这个问题，没有人确定我们的方法是否如预期的那样有效。7月，他们通知了我们，大家马上就开始工作了。甚至许多人在8月放弃了一周的假期，为的是9月最后一波热潮开始时，一切都能就绪。已经发展出了一些创新的想法，这些想法在理论上似乎很有效，但你必须做好干预的准备，以防出现问题。事件可能比预期的更复杂，以至于你无法将它们记录到磁盘上。我们地狱般的超级处理器（它的触发电路只选择和重建有希望的事件），可能会崩溃，并被无法消化的信息流吞没。然后，有必要检查所有的分析在这些新条件下能产生可靠的结果。你必须模拟所有细节，并在计算机上生成数十亿个事件，以确保新方法正确地工作。

幸运的是，这种增长不是突然的，而是渐进的，所以你有时间一步一步地进行检查，并在必要时调整焦点。问题是，你一刻都不能放松。这是数百人几个月的疯狂工作，他们竭尽全力减少重建迹线所需的时间，试图减少热量计的混乱并减轻堆积对选择电子、光子和μ子的影响，最重要的重建希格斯粒子的信号。

与此同时，新数据的质量必须得到验证，而且通常必须快速重新处理所有数据，以便利用最新的调整或测量成果。我们不能等几个月。在几周的时间里，我们想要分析一切并弄清楚这个该死的玻色子是否存在。

乐队全体演奏，指挥一定不要太激动。理解是完美的、全面的。只需要轻轻挥舞指挥棒，风轻云淡地一瞥，各部分就能及时地完美进入和退出旋律，而独奏者则交替展现他们的精湛技艺。在我的一生中，我从未见过如此庞大的异质群体如此热情而不知疲倦地工作，仿佛它真的是一个单一的有机体。

结果很快就出来了。最前线的三个分析小组在寻找低质量希格斯粒子的过程中起了决定性的作用。在每一项工作中，100位物理学家被划分成一个子群网络。

研究希格斯粒子衰变成W玻色子对的人，提高了加速器的灵敏度。我们已经说过，这种分析的质量分辨率无法与希格斯玻色子在两个光子或四个轻子中的质量分辨率相比。后一组将决定比赛的结果。如果在双W玻色子衰减中没有多余的东西，这种努力可能就是徒劳的。研究W玻色子的团队，费尽心血，设法提高了这个通道在所有地方的灵敏度，现在它还可以获得大约120GeV附近发生的事件信息，这接近大型正负电子对撞机项目的极限。几个月前，它还被认为是无法管理的。为了确保结果可靠，我们已经组织了几个独立的分析组。三个小组相互合作又激烈竞争，试图在产生最可靠和最令人信服的结果上超越对方，这些结果将发表于整个合作项目的文章中。

在光子对中寻找希格斯粒子的小组知道他们是被关注的焦点，他们也感到有责任给出可靠的结果。他们面临的挑战在于将电磁量热计的校准推到最大限度，并充分地了解其背景。希格斯粒子衰变为两个光子的迹象是壮观的，但我们必须区分成千上万个几乎相同的背景事件下隐藏的100个希格斯事件。这里也形成了独立的子组，他们使用不同的方法来识别相同的信号。子组获得的每个结果都将被其他组逐个事件地验证，直到分析完全同步为止。分辨率上的任何微小改进都可能是重要的。这是一个研究量热计反应细节的小组。这75000个晶体每一个都被放在显微镜下，根据粒子的撞击点分析每种物质的响应，检查其响应的时间函数，根据条件修正任何细微的变化。

另一些人则利用这两个光子的每一种信息来重建它们的起源点，并检查它是否与发生碰撞的点一致。还有一些人将所有事件划分为不同的类别，根据可以收集的信号的纯度，每一个类别都有不同的权重。这样，灵敏度被推到了极限，但一切都变得极其复杂，特别是当不同的分析器必须组合在一起时。

最后，还有一个研究希格斯粒子衰变为四个轻子的小组。在这里，人们做了太多的工作来研究低能电子和μ子，以及如何在碰撞后最后几个月的高堆积环境中识别它们。为了在低质量区域寻找希格斯玻色子，这样做是必要的，因为我们知道，我们最多也就能够信赖少量的有用事件。希格斯粒子衰变为两个Z玻色子，然后每一个Z玻色子又衰变为电子或μ子，这是一个非常清楚的过程，因为背景很少，这种现象非常罕见，一个都不能错过。有人发现，根据希格斯玻色子的预测性质，通过分析其衰变成的轻子的角度分布，可以改善信号与背景的分离。和其他小组一样，有独立的分析，再相互挑战以产生最好的结果。

在所有的小组中，都有年轻人想要使用非常创新的分析系统。这些系统最近在物理学中被引入，特别适合在非常复杂的情况下搜索微小信号。它们被称为多元分析，因为它们同时使用所有可能的变量来选择有趣的事件。然而，在紧凑渺子线圈，我们仍然不相信我们可以用它们来研究希格斯粒子。它们是非常复杂的分析，有时你可能会失去对你所做事情的控制。但它们非常重要，因为它们让我们能够进一步核实正在发生的事情。

11月初，对希格斯粒子的搜寻仍有一些令人困惑的迹象。W玻色子对的研究小组观察到了整个地区低于160GeV的事件过多，这可能是该领域正在发生一些事情的第一个迹象，但在这一通道中有太多的起起落落，以至于无法吸引人们的热情。更有趣的是希格斯粒子在四个轻子中的情况。低于130GeV的事件比预期的要多。但目前还不清楚会发生什么。在125GeV附近有两个活动，在119GeV附近有三个活动。正确的面积是多少？或者它们都是统计上的波动，是随着新数据的到来而逐渐淡化的临时事件群吗？

所有的目光都集中在希格斯粒子衰变成两个光子上。但研究小组仍然无法分析所有的数据，因为这些研究必须同步进行，而且他们希望得到最新的校准数据。因此，在11月8日，举行该小组的众多会议之一时，并没有特别的紧张气氛。除了我、维韦克和其他几个参与者之外，在场的大多数人都不知道其他分析中发生了什么。我们参加所有的会议，获得第一手信息，而某个特定小组的人员则全神贯注于自己的分析，无暇做其他事情。

立即开始的命令是明确的和强制性的：你们有两周的时间来消除这个信号。尽一切努力让它消失。如果不行的话，月底前我将和总干事再讨论。

在紧凑渺子线圈项目内部，忙碌的日子里检查、恐惧和痛苦交织着。另外，大型强子对撞机项目之外的其他科学界人士则非常冷静。每个人都在讨论新的设想，因为现在已经很清楚，希格斯粒子并不存在。

在我那个特殊生日的一周后，我们去索邦大学参加理论物理学家的定期会议。我们的朋友们为了捍卫这个或那个可以解释希格斯玻色子不存在的新物理模型而激烈地斗争着。有个幽默的人，考虑到彼得已年过八十，用一块牌匾开始了他的演讲，牌匾上用大字写着希格斯，在RIP下面写着“节奏中的安魂曲”。在这些讨论进行的时候，我让自己保持一定的冷静。我一直沉默着，我的眼睛盯着我的笔记本电脑，不断地与欧洲核子研究组织联系。微笑的影子照亮了我的脸。

[23]　“中国盒子”一词经常在隐喻意义上使用，例如描述某些作品的结构。在文学中，角色也讲故事的叙事结构（“叙事中的叙事”）可以称为“中国盒子”。

[24]　OPERA（OsProjectwithEmulsiApparatus）是一项旨在检测中微子振**现象的实验。