网站是这样介绍的：希格斯玻色子是英国教授希格斯（P. Higgs）在20 世纪60年代的理论研究中预言存在的粒子，是物质的质量之源，其他粒子在希格斯玻色子构成的“ 海洋”中“ 游弋”，受其作用而产生惯性，最终才有了质量。在物理学“ 标准模型” 所预言的基本粒子中，希格斯玻色子是最后一种被证明存在的基本粒子，由于它极为重要又难以寻觅，曾有人开玩笑说它是“ 上帝诅咒的粒子”，后来常被称作“ 上帝粒子”。欧洲核子研究中心(CERN) 2012年7 月4日宣布，该中心LHC（Large Hadron Collider，即大型强子对撞机）上的两个强子对撞实验项目——ATLAS和CMS 均发现一种质量约为125~126GeV的新粒子，具有和科学家们多年以来一直寻找的希格斯玻色子相一致的特性。数据的确定性为5倍标准偏差，即已达到了物理上可以确认“ 发现”的水平。《科学》杂志认为，这项发现使得“ 标准模型”预言的所有粒子全部到位，虽然尚不清楚此发现未来将把粒子物理领域引向何处，但其对物理学界的重大影响不可否认。
在LHC 上发现的希格斯粒子某事例的衰变显示图见图1 所示。
图1 LHC 上实验发现的希格斯粒子事例显示图
若不是2012 年评为世界十大科技新闻的话，除了有关专业人士以及部分科技界的朋友外，估计知道CERN 的人并不很多。此后关于上帝粒子和CERN的介绍频频见于媒体。CERN， 源自法文Conseil European pour la Recherché Nucleaire 的缩写，我国科学界把她翻译成欧洲核子研究中心。而在CERN 主页介绍自己名称时，强调了“ 今日，我们对物质的了解远甚于‘ 核’，CERN 的主要研究领域是物质的基本结构和它们之间的相互作用力。因此，CERN 管理的实验室通常被称为欧洲粒子物理实验室(European laboratory for particle physics—本文作者注)。” 当然，这样的称谓更反映实际，同时也更好地撇清了与核武器或核污染的关系。今日CERN是世界上最大、最重要的高能物理实验基地。本人在CERN 的LEP（Large Electron-Positron collider, 即大型正负电子对撞机）和LHC 时期有多年工作经历，与许多具有类似经历的中国科学工作者一样，对CERN 怀有深厚的感情，对其成功的历史以及辉煌的成就感触颇深，在CERN 成立60 周年的时候，仅以此文向CERN 创业的科学家致敬，并与读者分享。
CERN 没有天然的优势，她建立于第二次世界大战后欧洲的一片废墟之上。她的成功和辉煌来之不易。1954 年9 月29 日被定为CERN 的正式成立日，实际上此前她还经历了一段很长的孕育过程。CERN 是怎么产生的？她怎么会在瑞士落户？她又是怎么发展成长的？这些正是本文要向读者介绍的。现今，每每谈及伟大的科技成就，特别有关大科学的研究时，人们首先会想到美国。但这次极其重要的科学发现却是由在CERN 的ATLAS 和CMS 两个实验组发现的，这件事也许多少有点出人意外。但如果了解了欧洲核子研究中心的创立与发展过程，就会觉得CERN 取得这项殊荣也在情理之中。
20 世纪中叶第二次世界大战结束时的欧洲已不再处于科学研究的中心。战争的蹂躏以及疯狂迫犹活动等原因促使欧洲物理学家大批流向美国。一些有远见的欧洲科学家开始思考他们如何能让欧洲科学再度振兴起来，他们看到国际组织雨后春笋般出现，渐渐产生建立一个欧洲联合的原子物理实验室的想法。
早在1949 年12 月的洛桑欧洲文化大会上，就有人提出建立欧洲实验室的正式建议。而那时，美国物理学界的领袖人物几乎全是欧洲人。出于意识形态的理由，也为了建立健康的竞争，美国科学家热情鼓励欧洲科学家之间加强合作。其中，战前曾在欧洲玻尔实验室工作过的美国原子弹之父奥本海默建议建立一个欧洲联合实验室，并与法国驻联合国代表团一起提出这一想法。
在1950 年6 月佛罗伦萨的联合国教科文组织大会上，另一位美国物理学家、诺贝尔物理奖得主拉比提出帮助和鼓励建立地区性研究中心和实验室的法案，授权教科文组织加强科学家更有效的国际合作。此时，大西洋另一边发生的事情也在时时催促着欧洲科学家，美国正在发展新型的加速器用以增加对原子的新知识，世界上第一个质子同步加速器已经在美国纽约长岛的布鲁克海文开始建造。欧洲的物理学家清楚意识到对于那类大型项目所涉及的财政投资会超出任何一个欧洲国家的财力，利用简易设备完成实验的时代已经结束了。而且第二次世界大战也教会欧洲人懂得合作带来的好处。
1951年12月由法国外交官德罗斯主持的巴黎教科文政府间会议上关于建立核研究欧洲理事会的第一个方案被通过了。两个月后，11个国家签署了建立临时理事会的协议。创立于1953年7月的CERN 协定也先后被12个创始国批准：比利时、丹麦、法国、联邦德国、希腊、意大利、荷兰、挪威、瑞典、瑞士、英国和南斯拉夫。1954 年9 月29 日，随着法国和德国的批准，欧洲核子研究组织正式成立。临时CERN 解散，但缩写仍然保留。CERN 的资金和运行费由各成员国的净国民收入按一定的比例分摊。
为CERN 选址也是新生理事会需要做的最困难决定之一。在1952 年10 月的临时理事会第三次会议上开始讨论这个问题，哥本哈根，巴黎，荷兰的阿纳姆和日内瓦四个各有特点的城市有希望获胜。最后，日内瓦对于联合实验室呈现出更多优点。首先，它的地理位置处于欧洲的心脏，便捷的航空和铁路是它明显的优势。其次，它已经是几个国际组织的驻地。但最终影响天平倾斜的则是从政治观点上考虑，选择一个像瑞士这样小的中立国可以消除把核研究用于非和平目的的恐惧。在第二次世界大战后这可是一个特别敏感的问题。尽管如此，此方案也曾遇到过阻力。
1952 年12月，皮科（日内瓦州的一名议员同时也是瑞士驻CERN两个代表之一）向市议会提交在日内瓦建立新实验室的建议时，遭遇到来自极左派的反对，这些人担心未来这个机构将会承诺拥护北大西洋公约。虽然皮科如实作了回答，说科学家完全有自由不受美国的影响，他们可以自行组合他们的力量。尽管如此，反对者还是开展了一系列诋毁活动，引证诸如危险物排放、可能导致另一场战争的轰炸风险以及可能隐含让瑞士去中立化等的环境和政治灾害。由于这些抨击非常激烈，使得公民自决这件事一直拖到1953 年6 月28 和29 日才得以执行。幸运的是，CERN 在日内瓦建造的提议以24000 选票的2/3 多数得到批准。
1954 年5 月17日，推土机在日内瓦郊区梅林田野破土动工， 1954年9 月29 日欧洲实验室正式成立。1955年6 月10日，诺贝尔物理奖得主、CERN 第一任所长布洛赫给实验室奠基。同时CERN 的第一批职员开始正式工作。1965年，CERN与法国当局签订协议，获得向法国领土扩张的许可，为CERN争取到了重要的发展空间。今日CERN 的成员国已发展到22个国家。图2 展示了今天CERN成员国的地理位置。CERN的成立反映了欧洲科学家和政治家对于复兴基础研究的坚定决心和执着，他们朝着成功的方向迈出了关键的一步。而此后科学目标的确定，科学经费和政策的落实，科学队伍的组织管理等都将影响CERN的未来，欧洲的教育。
图2 目前CERN 的二十二个成员国
因为水平和科学素质普遍较高，CERN一成立, 很快就成为国际高能物理研究的一支重要力量, 逐渐成长为美国的一个竞争对手, 并迅速走向成功和辉煌。20世纪70 年代后期，粒子物理的主要挑战来自对传递弱相互作用的中间玻色子W 和Z 粒子的寻找，这类粒子是粒子物理标准模型所预言的，确认它们的存在是检验标准模型的重要证据。但那时CERN 和世界其他地方都还没有能产生这类粒子所需能量的加速器。不出几年，CERN 的科学家实现了把超级质子同步加速器转变为质子- 反质子对撞机，并在实验上发现了W 和Z 粒子，为此CERN 科学家卢比亚和范德米尔获得了 1984 年诺贝尔物理奖。这是CERN 科学家第一次赢得诺奖，具有标志性意义。
此后，CERN 科学家设计、建造了周长27 千米、位于地下50 至150 米之间的大型正负电子对撞机LEP，LEP 于1989 年运行。直到今天，LEP 的规模仍是世界上最大、最先进的实验设备之一，可以说，此时的CERN 已经成为世界上最重要的粒子物理研究的前沿阵地。LEP 在粒子物理标准模型的检验和发展上发挥了重要作用。
LEP 后建什么样的加速器，国际社会早有共识，即建造一台质心能量为几十TeV的质子对撞机。20 世纪80 年代以来，两个类似的强子对撞机，即美国的名为超级超导对撞机SSC（Super Superconductive Collider） 和CERN 的大型强子对撞机LHC 同时进行预研。由于种种原因，1993 年10 月美国参众两院联席会议表决停建SSC。这时，欧洲科学家却以坚定的行动捍卫了对基础研究的决心，1994 年圣诞节前的12 月16 日CERN 理事会通过了建造LHC 计划。这是一项令人神往的计划，寄托了高能物理界的多年梦想。LHC 将利用实验上退役的LEP 隧道，设计质子-质子对撞的质心能量为14TeV，设计亮度为1034cm-2s-1 ,总经费约40 亿欧元，这些都是具有挑战性的指标。经过多年的努力，2008年9月10日，LHC 实现了第一次出束。2012年7月4日CERN 宣布，该中心的两个强子对撞实验组ATLAS 和CMS 均发现科学家长期苦苦寻觅的希格斯粒子。CERN在LHC上取得了重要突破。图3 展示了CERN 的LHC 鸟瞰图。
图3 CERN 鸟瞰图。大型强子对撞机LHC 的隧道
位于圆圈下约100 米，
图中虚线为瑞士- 法国边界，下方为瑞士，
还可以见到日内瓦机场及航空跑道；
边界线上方为法国
回想起20世纪四五十年代第二次世界大战刚结束时，美国科学家奥本海默和拉比都曾大力推动欧洲科学家的联合，帮助欧洲科学复兴，如果他们看到今日成批的美国科学家奔向CERN 开展最前沿的物理研究，也一定会唏嘘不已。CERN所长霍耶尔对CERN走过的60 年做了精辟总结：“1949 年，欧洲依然是一片废墟。但就在这一年，一群具有远见卓识的科学家和政治家们共同产生了一个想法，这一想法将改变以往国际科学研究的合作方式，也在改变欧洲大陆的进程上发挥了重要作用。这个想法就是建立欧洲核子研究中心（CERN）—— 这个以基础物理学研究为主的欧洲实验室成立于1954年9月29日。今天，我们只能感叹于描绘出这一愿景的人们，他们以坚忍不拔的决心，在高瞻远瞩的视野下创造了一个经得起时间考验并能够以此为蓝图付诸实施的典范，超越了之前所做过的国际科学合作。” 这段话准确地道出了CERN 取得成功的要诀。CERN 成立以来，非常重视扩大国际合作的范围与规模，吸收了欧盟委员会、印度、日本、俄国、美国以及联合国教科文组织等国家和国际组织作为观察员。还与包括中国、加拿大、巴西、伊朗、墨西哥、韩国、南非、埃及等许多CERN 非成员国签订了合作协议。今天，CERN 约有2,500 名雇员，其中的科学家和技术人员从事加速器的设计，保证加速器的正常运行。有的也参与实验的准备、运行以及数据分析。此外，还有数量上要大得多的12,000 位来自70多个国家、120个不同民族的访问学者——这差不多占了世界粒子物理学家的一半——来到CERN进行他们的研究。
当前，CERN 正在开展一批国际上最前沿的物理实验，涵盖了从宇宙线到超对称性物理极其广泛的研究领域。例如，LHC 上正在开展的实验ATLAS、CMS、LHCb 和ALICE 全都是超大型国际合作实验，以ATLAS 为例，它就是一个由38个国家（或地区）174个研究所3,000 多名科学工作者参加的实验。CERN 继续作为国际合作研究中心领跑世界粒子物理的实验研究。
CERN 成立60 年来，重要的发明很多，杰出代表之一即是20世纪80年代在这里诞生了带来革命性改变的全球通讯互联网。本文在这里的讨论则集中于CERN 在粒子物理领域的成就。大家知道，1911 年3月7日，卢瑟福在英国曼彻斯特文学和哲学学会的一次会议上宣布实验上发现了原子核，开启了粒子物理时代。粒子物理就是研究物质的基本结构以及它们之间的相互作用力的学科，出现于20 世纪50~60年代的标准模型理论主导了此后粒子物理学的发展。
诚然，标准模型整合了许多科学家的贡献，但如果顺着时间坐标我们会看到很有意思的现象，即粒子物理研究的重心在转移。直到20 世纪40 年代（欧洲第二次世界大战前），粒子物理研究的重心还在欧洲，卢瑟福提出原子核式结构，随后的玻尔量子模型，薛定谔的量子力学，泡利原理，狄拉克建立相对论性量子力学，查德威克发现中子，鲍威尔发现π 介子等。但是第二次世界大战使欧洲遭受严重破坏。进入20世纪50 年代，美国已经建造了多台粒子加速器，实验中发现了更多类似于质子、中子、介子及其反粒子的强子，于是出现了不同的粒子分类模型，其中最成功的要数1964 年由美国科学家盖尔曼和茨威格提出的夸克模型；格林柏格为强相互作用引入“ 色” 的新自由度，物理学家为强相互作用也寻求到了一种理论。这个理论就是量子色动力学（QCD）。1974 年发现了重夸克cc，1977 年发现了bb，而tt则是在1995年发现的。在弱相互作用研究方面，费米首先开启了弱相互作用β衰变理论研究，李政道和杨振宁提出弱相互作用中宇称不守恒，1956年，美国科学家发现了中微子，证实了泡利已假设了多年的中微子。μ子和τ子也都是在美国发现的。这时，粒子物理研究重心已经转移到了美国。
弱电统一理论和强相互作用理论是标准模型关于相互作用的两大支柱 。1961年格拉肖提出电磁作用和弱作用的统一模型，按照这一模型，光子是传递电磁作用的粒子，传递弱作用的粒子是W± 和Z0 粒子。1964年英国物理学家希格斯提出了希格斯机制：希格斯场引起自发对称性破缺，并将质量赋予规范传播子和费米子。这样就扫清了弱电统一理论发展的绊脚石。1967～1968年在对称性自发破缺的基础上，温伯格和萨拉姆发展了格拉肖的电弱统一模型，建立了弱电统一的完善理论，阐明了规范场粒子W±、Z0 是可以有静质量的，理论预言它们的质量在80～100GeV，此外还预言存在弱中性流。
弱电统一理论是标准模型的重要组成部分，希格斯机制将质量赋予规范传播子和费米子，揭示了质量之源。欧洲核子研究中心在弱电统一理论发展过程中的实验验证方面起了决定性作用。正如CERN 所长霍耶尔指出的那样，“CERN的发展与弱电相互作用物理的发展齐头并进，…从20世纪60年代罕见介子衰变的早期测量，到70 年代对弱中性流的检测，接下来到80 年代的对弱相互作用相关的W和Z 玻色子的发现，欧洲核子研究中心所做的多项实验成为支撑粒子物理学标准模型的关键部分的基石。20世纪90年代，LEP 实验更是为标准模型奠定了坚实的实验依据，使其成为只缺失一个部分的拼图。然而无需我再特意提醒你，所缺失的部分正是希格斯玻色子——希格斯机制的预示者，它于2012年7 月4 日在LHC 设备上由ATLAS 和CMS 两个合作组发现的。”这个时期，粒子物理研究重心又回到了欧洲，而地处欧洲中心的CERN 成了粒子物理研究的中心。这段历史也让我们清楚地看到战乱、人才政策以及发展战略的选择对科学事业的影响有多么重要。
2015 年CERN 为纪念成立60 周年， 编辑、出版了“CERN 60 年的实验和发现” 一书，全面介绍CERN在成立60年来在实验方面的发现和重要结果。该书编辑由CERN 前所长、著名粒子物理学家朔佩尔和意大利物理学家莱拉担任。正如朔佩尔教授他们在该书的序言中所述“ 这本书致力于总结欧洲核子研究中心最重要的实验成果，也同时涵盖了新设备的技术研发成果，以及实验物理学家、理论物理学家和加速器领域学者之间的合作。我们的目标并不是或多或少的重现当时出版物中所提及的成果，而是想请实验主要参与者回首当年的工作动力及成败之道。”CERN所长霍耶尔对该书给予了高度评价，他指出“ 虽然要将欧洲核子研究中心60年所取得的科研成果编纂成史并不是一件容易的事情，但是这本书实现了，同时也恰如其分地证明了那些欧洲核子研究中心先驱者们的远见卓识。”
该书共分为十七个专题：
在LHC上希格斯玻色子的发现
重味强子的精密物理
走近物质的极限
LEP轻中微子味数的确定
在大型正负电子对撞机上的精确实验
W与Z粒子的发现
弱中性流的发现
CERN 进行的高能中微子实验的重要成果
直接CP 破环的发现
CLEAR上中性K介子离散对称性测量
ISR的一个发现: 质子- 质子截面升高
SPS上μ 子深度非弹性散射
在强子中揭示部分子- 从ISR 到SPS
反质子反氢原子的性质和奇异原子研究
μ子反常磁矩和相对论检验
CERN 同步回旋加速器上π稀有衰变的发现
在线同位素分离器上的重要成果。
这些文章分头介绍了CERN 开展的各个研究领域的科学意义、技术路线、取得的成就以及历史经验。可以说，这是一本了解CERN 的成功之道和辉煌成就的历史资料。物理学家、学生、老师以及科学史方面的学者被选定为该书的读者群。此书已由科学出版社组织专家翻译出版。对于其中的某些专题，《现代物理知识》杂志组织了"CERN的重要实验与发现"专栏, 邀请有关专家以通俗简明的方式在陆续介绍，敬请读者留意。
不少人把2012 年CERN 宣布在LHC 的实验上发现了希格斯粒子这件事喻为给标准模型画上了圆满的句号，认为标准模型终究修成正果。这里让我们把标准模型简单回顾一下：粒子物理学标准模型以夸克模型为结构载体，在弱电统一理论以及量子色动力学的基础上逐步建立和发展起来。在这框架下，基本粒子中的费米子包括夸克和轻子：夸克有6 味，考虑它们的“ 色” 以及正反粒子，自然界一共有36 种夸克，而轻子（如电子、μ 子、τ 子及其相应的中微子，加上每种粒子还都有反粒子）则有12 种，规范粒子（如光子, 三个传递、控制夸克和轻子衰变的弱相互作用的中间玻色子W±和Z0, 8 个传递强（色）相互作用的胶子g，如果再加上发现不久的希格斯粒子（H0），那么标准模型的基本粒子就是61 种。基本粒子的一些性质如图4 所示。
图4 标准模型包含费米子及玻色子，
费米子就是组成物质的粒子，
而玻色子则负责传递各种相互作用力
标准模型描述了与电磁力、强作用力、弱作用力三种基本力（没有描述重力）及组成所有物质的基本粒子的所有物理现象，可以很好地解释和描述基本粒子的特性及相互间的作用。
尽管如此，标准模型不会也不应该是人类认识物质世界的终结。因为作为确立该模型的基础—— 即现有的海量的实验数据几乎都是在限于TeV 量级的能量下得到的。自然，标准模型难免受此局限。我们也可以举些标准模型不完美的例子，或把它们称为标准模型的局限。首先，在标准模型中，中微子被假设为是无质量的，但近年发现的中微子振荡实验却隐含中微子是有质量的；这个模型的不完美也体现在她包括了17 个任意参数，人们不禁会问，它们又是从哪里来的？模型中很凑巧各有6 种夸克和6 种轻子，其中的根源是什么？背后的原因又是什么？这些也没有被理解。
引力作用是人类最早认识的一种物质相互作用，但标准模型并没有把它包括在内，尽管有人做了不少努力，但至今收效甚微。更严重的问题还出现在人类对宇宙的认识方面。尽管粒子物理擅长于用对称性来研究世界，为什么宇宙中出现了非常严重的物质- 反物质不对称性？又如宇宙学观测数据表明宇宙中除了我们理解的4% 的可见物质外，还存在占23%的暗物质和占73%的暗能量，它们究竟是什么？这在标准模型中也都没有被认识和理解。显然，人类对物质的认识并没有完成。尽管确立了标准模型，在科学家面前仍有许多重大问题需要探索。标准模型需要扩充，也许需要突破。探索无限，我们祝愿作为世界最大的粒子物理实验基地的CERN 今后将取得更大成就，CERN 的明天会更美好；我们也期盼全世界的物理学家，包括我们自己—— 中国物理学家对粒子物理的未来做出更大的贡献。
本文选自《现代物理知识》2017年第1期 时光摘编
ISBN：9787030568656
责任编辑：钱俊
《欧洲核子研究中心（CERN）60年的实验与发现》是欧洲核子研究中心（CERN）为纪念成立60周年组织若干知名物理学家编著，并于2015年正式出版的。各章高屋建瓴地介绍了60年来CERN在各有关研究领域的研究意义、技术路线、取得的成就以及历史经验，展现了世界各国政府以及数以千计科学家之间合作的巨大成功。本书也是一本了解CERN的成功之道和杰出成就的历史资料。适合高能物理、理论物理等专业的研究人员和学生参考，也适合科学史方面的学者以及对物理感兴趣的广大读者阅读。
(本期编辑：王芳)
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