碰撞的哲学——搜寻粒子踪迹有新招

■ 宋宜真

让粒子对撞的大型强子对撞机是欧洲核子研究组织的闪耀新星。大型强子对撞机会不会撞出暗物质、微型黑洞或其他奇特物质，尚在未定之数。但无论如何，要想预测最后出现的东西为何，都是一项绝顶困难的任务。现在，有一种方法可以分析对撞后的数据，协助物理学家确认他们没有遗漏掉重要讯息，只是这个方法尚未获得普遍认可。

大型强子对撞机和其他加速器（例如美国费米国家实验室的正负质子对撞机）都是将质子或其他粒子加速到接近光速后再对撞。根据爱因斯坦的E＝mc2公式，部分对撞的能量会转换为稀有的重粒子，然后几乎都会立即衰变为上百个一般粒子（已辨认出其中几十种不同的类型）。大型强子对撞机的大型侦测器会记录这些撞击碎片的行进路径，然后转换为数据。这些大型侦测器的运算速度非常惊人，相当于在1秒内计算完整个光盘的容量。

在这些衰变产物的数据中，物理学家也会针对可能生成新粒子的部分进行搜寻。他们会找寻希格斯玻色子的信号（根据物理学家的预测，这种粒子会赋予其他粒子质量。不过截至目前都还没找到），以及有可能出现在更高能物理定律中的新粒子。

但有些人担心，这种传统方式跟逐步搜寻“希”、“格”、“斯”三个字来进行计算机运算没什么不一样，最后可能还是会遗漏一些有趣、未曾预料的新信息。费米实验室的可努特森和马瑞纳，这些年来则不断提倡一种更为全面的“全方位搜寻”方法。他们找寻的并非单一信号，而是以程序分析所有数据之后，与标准模型（包含了整套粒子物理的定律）的预测进行比较。软件会标示出所有偏离标准模型的数据，表示这里有可能出现新的粒子。若拿文字搜寻的计算机演算来比拟，这种方式不是在文字中寻找特定字，而是先搜寻出所有字典中没有的字，然后再标示出其中看起来可能是生字的字。

为了将错误率降至最低（有时候一般粒子会有模仿其他新粒子的行为），物理学家设下了一个门槛，他们只观察发生次数高过这个门槛的特异事件，因为这些比较可能出现新粒子。可努特森说：“我们会观看许多不同的位置，然后都算进去。”

可努特森和马瑞纳等人将这个方法应用在正负质子对撞机得出的旧数据。原则上，可能有些奇特的粒子是在之前目标导向的搜寻中没找到的，但最后他们的团队没有发现任何统计上相关的特异现象，因此宣布没有新发现，不过这项工作至少说明一件事：运用全方位搜寻，未必会如某些学者担心的那样导致众多错误结果。可努特森表示，这项实验也是目前为止对标准模型最严格的测试，而他在该实验之后便不再使用目标导向的搜寻方式。这项实验结果发表在2009年1月的《物理评论D》上。