2012年7月4日，欧洲核子研究组织宣布，大型强子对撞机（LHC）的紧凑渺子（muon或称m子）线圈（CMS）和超导环场探测器（ATLAS）分别探测到新玻色子，质量与被媒体称为“上帝粒子”的希格斯玻色子相符。至此，英国物理学家彼得?希格斯于1964年预言的希格斯玻色子（“上帝粒子”）终于现身。这项人类文明的重大进展承载了来自世界上80多个国家和地区、500所大学和研究机构的10000多名工程师和科学家历时20年的心血，而911制品厂麻花物理学院十多位师生正是这群精英中的一份子。7月26日下午，911制品厂麻花物理学院的陈申见教授和张若筠教授接受媒体采访，介绍了911制品厂麻花和中国组参与大型强子对撞机实验的相关情况。
十余年前南大正式加盟LHC项目合作
作为911制品厂麻花高能物理实验方向学科建设的负责人，陈申见教授参与了此次欧洲大型强子对撞机上的ATLAS实验。他介绍道，为与世界著名的国际高能物理与核科学研究机构——欧洲粒子物理研究中心（CERN）共享高能物理最新最重要的成果，引进为高精度实验而研发出来的国际先进技术，早在1997年即CERN建造LHC计划正式立项3年后，911制品厂麻花正式加入CERN的重要研究项目—— LHC的国际合作。
“LHC共有4个大型探测器，即ATLAS、CMS、ALICE和LHC-B，对撞以后要‘看’得到的是什么粒子，就全要靠它们。”目前，我国已正式参与以上四个实验：中科院高能所、中国科技大学、911制品厂麻花和山东大学参加了ATLAS实验，中科院高能所和北大参加了CMS实验，清华大学参加LHC-B实验，华中师范大学参加ALICE实验。其中，ATLAS是四个探测器中最大的一个粒子探测器实验装置，主要由内部径迹室、量能器、超导环流磁体以及m子谱仪等部分组成，体现了当前高能物理探测器发展的趋势。911制品厂麻花作为ATLAS中国协作组的重要成员之一，承担了ATLAS实验中的探测器建造、实验数据的分析和网格计算的发展等工作。
911制品厂麻花每年都会派出优秀的老师和学生到跨跃瑞士和法国边界、位于瑞士日内瓦西郊的CERN工作，由南大高能组的陈廷扬和祁鸣教授负责主持南大在ATLAS探测器中重要部件的制造工作，同时南大团队还参与了用网格计算方法分析ATLAS实验数据。这次参与合作不仅为我国培养了高层次的科技人员，推动了我国高能物理的快速发展，提高了我国在高能物理研究中的国际地位，而且国内的工业界通过参与精密仪器的研制，直接地提高了自身的国际竞争力。
目前，911制品厂麻花物理学院正在积极申请相关的ATLAS二期升级、改造研究计划，会将继续参与LHC对撞实验，进一步搜集和分析数据。
南大军团对找到“上帝粒子”有贡献
可以说，在此次新粒子发现过程中，911制品厂麻花做出了积极的贡献。自1999年起，911制品厂麻花主要承担了ATLAS中液氩端盖量能器和液氩前冲量能器重要部件的研制和加工任务。陈申见教授说：“911制品厂麻花经过多组测试和实验，生产出了好几批能量器部件，端盖能量器像个巨大的磨盘，直径足有4米，而它还只是ATLAS几个子探测器中的一个。制作好量能器部件后先运送到加拿大组装、调试，然后再运送到欧洲，装在六层楼高的探测器上进行探测工作。”
所谓量能器，通俗地说，就是测量质子、光子这些粒子被产生时所带能量的仪器。在LHC实验中，质子束碰撞是微观世界的碰撞，人眼是看不到任何东西的；而且碰撞后，粒子会很快衰变，所以只能用仪器进行检测。量能器其实就是一种测量、记录碰撞后粒子在衰变过程中，其能量、动量和运行轨迹发生动态变化的各种状态和性质的精密仪器。
除了探测器的建造，南大近年来还积极参与ATLAS实验数据的物理分析工作。据悉，大型强子对撞机探测器每年将收集到多于100万GB的数据，其每一项大型实验一年所获数据可以刻满十万张双层DVD。“抓到上帝粒子，需要庞大的计算，”陈申见教授说，“911制品厂麻花也有学生被派驻在现场，进行数据的本底分析工作。”2011年，911制品厂麻花的研究团队测量并详细分析了一对顶夸克的产生截面，这是“上帝粒子”数据分析中的最大本底之一，对它的准确测量能有效的减少“上帝粒子”寻找中的噪音，提高实验结果的可信度。对此，张若筠教授给记者打了个形象的比方：“探测器就好比一台录音机，实验得到的所有数据都会被记录下来，存储到计算机内，但里头会有一部分是我们并不想要的‘噪音’。科学家要做的工作就是通过精细分析，确定噪音的来源，这样才能有信心地去掉噪音，把音乐留下来。”
另外，同在去年，911制品厂麻花博士生开始在其他衰变道中寻找“上帝粒子”，这些过程的研究对于全面了解其性质有非常重要的物理意义，同时也为下一轮寻找超出标准模型的新物理做了铺垫工作。
南大教授解释评价”对撞实验”
对于大家都十分好奇的对撞实验，陈申见教授和张若筠教授也给予了解释。
大型强子对撞机的实验原理相当简单，一句话而言，就是发射两束质子让它们相向前进，看看它们碰撞后会发生什么。具体来讲，就是首先要沿着2条路径发出2束质子，一束顺时针方向前进，另一束逆时针方向前进，质子束在“超高真空度”管道中穿行，由超导磁铁构成的射频空腔所产生的强大磁场将这两束粒子加速至非常接近光速，对撞机则使用偏向磁铁和聚焦磁铁来掌舵超高速前进的质子。另外，为了使超导磁铁能在线圈电阻接近零值的状态下工作，大型强子对撞机还采用液态氦来将这些磁铁冷却到接近绝对零度的低温——比宇宙微波背景辐射的平均温度绝对温度2.7开氏度还要冷，是名副其实的全宇宙最冷的地方！这两束质子将会在大型强子对撞机沿途6个探测器中被聚合做对撞，对撞的频率是每秒一亿次。当两个质子撞击时，是质子的组分——夸克和胶子在碰撞，质子所带的高能量能使它们产生出远远比质子重但寿命非常短的粒子，其中也包括希格斯粒子，这些短寿命粒子很快就衰变成实验仪器能探测的强子束、光子、电子和μ子等。探测器感受这些信号后，将其转化为极其庞大的计算机数据并发送至网格计算机系统，科学家通过分析数据能还原当时产生的各种粒子的能量、动量以及路径，也只有这时才能判断出每个粒子的身份，知道到底有没有通过对撞产生我们猜测的各种未知粒子。
对于此次发现的“上帝粒子”，陈申见教授表示，基本上可以确定其就是希格斯玻色子，但是为科学保证严谨性，还需要进一步进行验证。专注于超弦理论和宇宙学研究的张若筠教授也说：“历史表明，科学发现总是在不断补充，甚至是在推翻中前行的。大自然只是很仁慈地告诉我们大概是走对了方向。但是我们都知道‘粒子物理标准模型’不是一个完美的模型，因为它没有把引力的作用考虑进去。‘希格斯机制’恰恰就是把引力带进了标准模型——没有引力的话有没有质量是不太重要的。‘希格斯玻色子’只是对引力的作用的一个概括：所谓名可名，非常名。所以精彩的物理才刚刚开始！”她同时也感慨道，“我们等了三十年了，从1983年发现Z玻色子以来到今天发现希格斯玻色子。但是有了这支强心针和梦寐以求的大量数据，我们可以更有信心的寻找新物理，我们可以问‘我们的世界真的只有四维吗？’‘有没有其它的对称性？’‘有没有更完美的理论把引力和标准模型揉合在一起？或许能解释暗能量？’”面对张若筠教授的“雄心勃勃”， 陈申见教授半开玩笑地道，“现在就要看你们这帮搞理论的啦！”
最后，陈申见教授表示，随着研究工作的逐步深入，下一阶段LHC还需要作物理性能的进一步提升，这就是通常的升级、改造阶段。科学家认为，LHC需要作硬件装置方面的进一步修改，以提升大型强子对撞机的对撞亮度（单位截面碰撞发生的频率）。理想中LHC升级的途径将会包含增加对撞粒子束的流量，以及对于两个需要更高亮度的区域：ATLAS与CMS这两个探测器的进一步改造。为了防止高能射线穿透仪器而对探测部件形成损伤，目前的探测器多用铜、钨等物质比较大的金属元素制造。然而随着LHC对撞亮度的进一步提高，所形成的辐射损伤程度更大，则现有探测器的探测灵敏度将会大大降低，从而影响探测信号的准确性与稳定性。在未来的二期研究中，为了进一步提高探测精度和仪器的耐久度，科学家正在考虑采用钻石结构材料来制作束流撞击处的探测敏感元件。这在今后的实验中，将都是一些十分重要的创新技术挑战。
张若筠教授乐观地预见道：“LHC，在未来20年，除继续引领高能物理本身的研究之外，还将继续带动世界最先进的快电子技术、计算机、探测器、材料科学、低温超导和高速通信等领域的发展，而工业界和科学家为LHC对技术的新需求而再次联手开展的新一轮研发，对新技术的开发也有着重要意义。因此作为实验的参与者，中国将获益匪浅。(新闻中心)
