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欧洲核子研究组织(CERN)研究主任最近宣布,希格斯玻色子 - 通常被称为“上帝粒子” - 以95%的置信度被排除在外这听起来很有说服力,当然,但究竟是什么呢?意思?假设你每天早上点一杯咖啡如果我告诉你,从现在起你会支付相同的金额,但是有95%的机会你可以获得咖啡,5%的几率你有机会得到一个空杯子听起来不错,不是吗?考虑一下 - 虽然这是一个20分之一的机会,你会支付一个空杯......而且你会期望这种情况平均每20天发生一次,这实际上非常频繁当科学家谈论像CERN这样的统计数据时和大型强子对撞机(LHC),我们真的在谈论标准偏差 - 衡量任何给定数据点与平均值或平均值的距离这是一个很小的数学计算,但实际上,如果你的数据是“正态分布的” “所以它是”钟形的“你会看到68%的数据在高于和低于平均值的一个标准差之间的范围内。围绕均值的两个标准偏差的范围将包含总数据的95%,这通常是对“大部分数据”的良好估计。标准偏差的越来越高的倍数涵盖越来越多的数据这也告诉你事件随机发生的可能性(因为它不是正态分布的一部分)数据)我们可以把我们的咖啡示例转过来说如果得到一个空杯子是一个两个标准偏差事件,它可能会在5%的时间内随机发生当我们说“我们95%有信心”时,我们的意思是如果我们一遍又一遍地重复测量,我们希望在95%的时间内看到相同的结果问题是,就像我们的咖啡示例一样,95%不是那么不可能的五个标准偏差事件,信心水平在9999995%(略低于百万分之一的数据超出此极限,或随机出现)是物理学家认为“有趣”发现的东西但是有些例子在分析更多数据时甚至已经消失了这些例子观看每日过程中,这些事件将在5000年内发生一次这些似乎微不足道的几率,但是如果你玩彩票你会冒更大的风险正确地猜测45个池中的六个数字(以任何顺序)在8,145,060偶数中的赔率为1如果你曾经玩过一次y,你每22,300年才有可能赢得一次最高奖项。但是,有人几乎每周都会赢得一次这对希格斯粒子意味着什么呢?要回答这个问题,我们需要知道看到一个而不是每天过程的可能性,大型强子对撞机(特别是Compact Muon Solenoid实验中)的碰撞每25纳秒发生一次(每秒40,000,000次碰撞)这些碰撞在数万亿质子的光束之间发生,但平均每次碰撞只有大约20个相互作用当质子发生碰撞时,相互作用实际上在组分夸克和胶子之间发生这种情况时,有一定的可能性会发生进一步的反应,如两个夸克各自发射一个Z玻色子然后有一定的概率这些将相互作用并消灭产生一个希格斯玻色子如果你把这些事情发生的概率加起来产生一个希格斯,你会得到一个非常小的数字这个,然后,是希格斯生产的“总横截面” - 衡量我们生产希格斯的可能性的标准加上标准模型希格斯的所有方式s可以相互作用,我们得到一个非常小但非零的总横截面只是为了使问题复杂化,除了产生希格斯的微小概率之外,碰撞更可能产生完全正常的关于不是希格斯的标准模型我们称之为“背景”,每当我们寻找新的东西时都需要考虑它现在我们在其他日常信号的嘈杂背景中寻找一个小信号减去这个“背景”是一项繁琐的任务,必须非常精确地完成所以它是一个大海捞针,但正如我所说的那样,尝试做一些不太可能(但并非不可能)的事情,并且它会发生在超过18个月的数据收集之后,LHC最终有足够的数据来说一些关于希格斯的事情 这些数据不是完整的图片 - 我们不确定希格斯玻色子有多重(标准模型不能预测希格斯质量)因为物质和能量是相关的,我们无法分辨出什么能量将涉及到与希格斯玻色子的相互作用不同的质量希格斯会产生不同的反应,因此当我们观察质量/能量范围内的反应时,我们会跟踪所有这些可能性。这意味着我们不仅要检查希格斯涉及的迹象的每次相互作用 - 我们还需要检查不同的质量/能量范围回到我们的咖啡示例,想象你的平常咖啡馆有这个奇怪的95%政策,但你没有去过其他当地的咖啡馆询问他们的政策是什么并想象咖啡杯的大小变化咖啡馆之间迄今为止在大型强子对撞机和费米实验室的Tevatron完成的搜索已经检查了一些人称之为“低悬的水果”质量范围 - 如果希格斯存在,那么能量范围将是最好的信号与背景噪声比是希格斯最明显的标志还有待检查的范围更成问题 - 在这个区域获得好的统计数据会花费更多的时间还有可能“标准模型希格斯”是不是物理世界的实际希格斯玻色子搜索也正在检测或排除其他各种希格斯模型让我们回到欧洲核子研究中心的原始声明:“我们95%有信心希格斯没有被看见”这意味着:我们已经足够多次地观察碰撞,说标准模型Higgs存在的可能性只有5%,但我们没有碰巧在随机噪声之后检测到它,减去背景后更确切地说,如果我们再次进行了精确的实验,说2000次(那是2000多个18个月的数据运行 - 我们在这里谈论假设)然后如果希格斯存在,我们会期望它的信号仅在5%的时间内被埋在噪声之下我们会说这个质量范围内不存在Higgs,或者这是100次运行中没有找到的运行之一如果我们提高精度(通过拥有更多数据,从而减少错误),我们可以说它运行的可能性越来越小碰巧是一个偶然发现的东西如果我们进行了另一次实验性搜索,得到五个标准差的结果,我们再进行了2,000,000次实验,我们会说希格斯在该质量范围内不存在,或者这就是没有看到它的一次运行出于实际目的,在这个级别我们打赌它根本不存在所以我们可以用这个“95%置信度”数据来说明希格斯的存在吗?我们需要谨慎行事我们可以95%确定它不在质量范围内排除在那种精度之外如果我们可以更准确地排除该区域我们有几个选择:1)如果希格斯确实存在,我们'如果希格斯确实存在2)如果我们考虑到我们不知道希格斯是否存在,那么这使得剩余质量范围内的检测几率变得更高发现它实际上已经减少,因为我们已经排除了它可能隐藏的区域确切地说有多少难以说明,因为希格斯具有一定质量的概率甚至不在质量范围内但是说最近结果“显示”希格斯不存在是事实错误当然,没有数据可以证明1000%的确定性希格斯不存在,并且替代理论的考虑总是有用的与主流理论一起检查五个标准偏差一世在那里我们画出一些东西是可信的线,但即便如此我们也可能弄错了目前,关于剩余质量范围的统计数据并没有提供关于希格斯存在的任何可靠的陈述现在还没有时间去推断结论,但是鉴于这个问题的实验和分析有多复杂,

作者:第五搔苇