陳明水：“上帝粒子”的研究之路希望有中國科學家的付出

　　他，帶領希格斯粒子研究團隊，在積極準備迎接大型強子對撞機新數據的到來，希望在新一輪的國際競爭中再創佳績；他更期待著能夠在中國本土進行以我為主的實驗，而這樣的機會因環形正負電子對撞機列入中科院“率先行動”計劃，已初露端倪。他就是中國科學院粒子物理前沿卓越創新中心首屆青年拔尖人才獎獲得者、中國科學院”百人計劃”入選者、高能物理研究所特別研究員陳明水。

　　上帝粒子是如何與宇宙萬物相互作用？是不是只有上帝粒子負責物質質量的產生？這些問題有望在歐洲核子研究中心將于近期重啟的大型強子對撞機上得到解答。陳明水希望這些研究中有中國科學家的付出。

　　2012年7月4日，歐洲核子研究中心宣布發現了一個疑似粒子物理學標準模型理論中預言的希格斯粒子，即上帝粒子。比利時物理學家弗朗索瓦·恩格勒特和英國物理學家彼得·希格斯因而獲得2013年諾貝爾物理學獎。 這一產生諾貝爾物理獎的重大發現是由世界上兩個最大的粒子物理實驗分別做出的。其中之一是緊湊式繆子螺旋譜儀。該實驗國際合作組內部確定以五倍標準偏差顯示度發現希格斯粒子的決定性的審核報告就是由陳明水做的。

　　“當時只是說發現了一個質量約為125 GeV的新粒子，并不能確定它就是負責質量產生機制的上帝粒子。”陳明水說。

　　此后，陳明水作為緊湊式繆子螺旋譜儀國際合作組希格斯聯合分析組的召集人領導了一支國際研究小組對緊湊式繆子螺旋譜儀2011年和2012年所有的希格斯物理分析數據進行了進一步的挖掘和更深層次的整合分析。

　　經過長達一年的努力，最終的研究成果顯示該希格斯粒子的各項性質與粒子物理標準模型理論所預測的在現有的實驗測量精度內較為符合，這一最新結果近期發表在著名國際期刊《歐洲物理雜志C》上。

　　希格斯粒子是人類歷史上發現的第一個基本標量玻色子,人們對它的了解還非常有限，而精確測量它的各項性質需要更多的數據。

　　“即將重啟的大型強子對撞機，它的對撞能量將很快打破其自身保持的記錄,達到一個新的高度13TeV，而且它的瞬時亮度也將進一步提高，這都將有利于更多更快地產生希格斯粒子，以便科學家進行更精細的測量。” 陳明水說，不僅如此，在新的對撞能量下, 一些潛在的新物理現象，比如暗物質、超對稱物理新粒子等等也有望揭開面紗。

　　陳明水介紹，盡管大型強子對撞機是目前唯一能夠產生希格斯粒子的機器，但是大型強子對撞機是以質子為基礎來對撞的，而質子并不是基本粒子，它是由夸克組成的，因此質子對撞會產生很多背景事例，不利于精確分析科學家所感興趣的物理現象，特別是希格斯粒子的性質研究。

　　由基本粒子正負電子進行相互對撞的下一代對撞機則是研究希格斯粒子的一個利器。目前世界各國有兩類方案，其中之一是以國際直線對撞機為代表的下一代直線對撞機，另一方案則是以中國科學家提出的環形正負電子對撞機為代表。

　　陳明水說，環形對撞機有著明顯的優點，對撞亮度可以更高，意味著更多的數據量；環形隧道可重復利用，建造更高能量的強子對撞機，對撞能量可達目前大型強子對撞機的4—7倍，可用于研究更高能標的新物理；125GeV的希格斯粒子質量使得環形對撞機的造價處于合理的范圍。

　　日前，環形正負電子對撞機已列入中科院“率先行動”計劃，“環形正負電子對撞機若能建成，將使中國在基礎物理學領域進入國際領先地位。” 陳明水對此很期待。