世界上最强大的粒子对撞机显然即将会在梅丽莎·富兰克林的脚下爆炸，而她很难掩饰自己的恼怒。几分钟前，富兰克林向一群充满热情的学生挥手告别，他们正准备下到费米实验室兆电子伏特加速器深处，执行一项小型维修任务。在这个地方，质子和反质子以足以产生奇异物质和能量的猛烈程度相互碰撞。但下面出了问题。现在，所有发明过的警报器、喇叭和闪光灯都在加速器大楼里发出震耳欲聋的响声。信息很明确：坑里的学生已经被可怕的力量分解成了基本粒子，而我们其他人也即将死去。
或者也许不会。富兰克林翻了个白眼，闷闷不乐地沿着猫道走向出口。她嘟囔着说：“我敢打赌是无线对讲机把它弄响的。”这时她已经走得足够远，足以盖过里面地狱般的喧嚣。似乎散布在加速器各处的无数监测设备都被设置在“宁可信其有，不可信其无”的水平，并不总能有效区分熔毁的死亡射线和诸如“哇，看这些管道”之类的无线电信息。这样的误报大约每三周发生一次，导致在这里工作的大多数人浪费了大部分工作时间。每个人都习以为常了。豪尔赫，一个下到坑里的学生，走了过来，脸上仍然带着笑容。富兰克林带着开玩笑的语气指责道：“是你干的吗？”豪尔赫轻松地耸了耸肩，说：“大概是吧。”
&amp;amp;amp;lt;A HREF="http://ad.doubleclick.net/jump/site125.tmus/physics_math;ptile=1;sz=300x250;ord=300456789?" TARGET="_blank"&amp;amp;amp;gt;&amp;amp;amp;lt;IMG SRC="http://ad.doubleclick.net/ad/site125.tmus/physics_math;ptile=1;sz=300x250;ord=300456789?" WIDTH="300" HEIGHT="250" BORDER="0" ALT=""&amp;amp;amp;gt;&amp;amp;amp;lt;/A&amp;amp;amp;gt; 大约50人现在站在加速器大楼外，开着玩笑，与身穿荧光绿隔热服的新到消防员聊天。他们是来自世界各地各种研究机构的850名科学家中的一部分，他们为追寻一种名为顶夸克的粒子奉献了自己生命的一部分。这项由两个相对独立的小组并行进行的研究目前正处于一种漫长的悬而未决的状态；顶夸克尚未正式被发现，但也并非完全失踪。其中一个小组已经提出了一个相当有力的证据，表明顶夸克实际上已经在坑中出现了几次，但其证据并非无懈可击。现在它正在努力收集所需的额外证据，以宣布无条件发现。<A HREF="http://ad.doubleclick.net/jump/site125.tmus/physics_math;ptile=1;sz=300x250;ord=300456789?" TARGET="_blank"><IMG SRC="http://ad.doubleclick.net/ad/site125.tmus/physics_math;ptile=1;sz=300x250;ord=300456789?" WIDTH="300" HEIGHT="250" BORDER="0" ALT=""></A> 富兰克林是这项工作中的许多关键人物之一，她领导着哈佛大学的小团队，负责建造和维护坑中的两个粒子探测器。她飞到芝加哥郊外的巴塔维亚，进行为期三天的访问，检查实验和她的学生，在过去的十年里，她每两周就来一次。但由于需要进行一些小修以及对讲机事件，很明显这次实验不会有什么进展。情况经常如此。她解释说：“我们这里有一台如此精密的机器，但我们却不常有机会运行它。”
寻找正统物理学中最后一个未被发现的粒子，带有一种荣耀和纯粹真理的光环。至少对我们这些旁观者来说是这样。然而，对于那些身处搜寻中心的人来说，荣耀可能被令人麻木的日常工作和令人沮丧的故障所掩盖，真理则被敷衍、谈判和政治所模糊。有人说，任何热爱法律或香肠的人都不应该观看它们的制作过程。你可能想把大物理学发现也添加到这个列表中。
正如粒子物理学界几乎每个人都会乐于告诉你的那样，富兰克林有着活跃、另类的幽默感。她身材高挑，面无表情，38岁看起来依然年轻，她在哈佛和费米实验室的走廊里大步走着，有时会对一些同事做鬼脸，有时会突然跳出来吓唬另一些人。在机场、餐馆和城市街道上，她经常搭讪陌生人，评论他们的衣着或食物，并争取他们的支持，一起嘲笑当时碰巧和她在一起的记者。她会在哈佛庭院中央突然跳起葛劳乔·马克思式的夸张舞步；在咖啡馆里，她会把一小袋塑料小猪倒在桌上，却不作任何解释。这很奇怪，但通常很有趣，除了关于记者那部分。她是一位爵士萨克斯演奏者，高中辍学生，也是哈佛物理系第一位女性正教授。
但富兰克林之所以出名，更多的是因为她在物理学领域的专业，而非她那古怪离奇的举止。她不是一个沉迷于公式的象牙塔理论家。她是一名实验家，经常与巨大、反复无常的机器打交道。她所做的工作，是数学上优雅的假设与自然界铺就的坑坑洼洼、蜿蜒曲折的现实道路相遇的地方。富兰克林是第一个指出这项工作并非适合所有人的人。她说：“你可能需要花五天时间什么也不做，只是从设备中获取电压水平，但总得有人去做。我碰巧喜欢做这个。现在加速器有一种趋势，把控制室建得离设备很远。我希望和设备在一起。我需要抚摸它。”
让富兰克林感到恼火的是，物理学家中存在一种不成文但普遍持有的观念，认为实验生涯是那些无法成为理论家的学生的退路。她指责说，本科物理课程几乎都是理论，人们理所当然地认为那些成绩优异的学生会继续在研究生阶段专注于理论，而其他人则只能考虑实验。她开玩笑说，区分未来的理论家和实验家更好的标准是性格的力量。她说：“理论家都是懦夫。他们可能工作努力，但通常都在家吃晚饭。如果理论家必须跨国进行实验，物理学就无法完成。”
从一开始就想成为一名实验家，只是富兰克林职业生涯中逆流而上的一個因素。她声称，另一个因素是，在一个男性主导的领域，她身为女性。她说：“在物理学领域，对女性的期望如此之低，以至于大多数女性都无法取得好成绩。有人曾当面告诉我，他知道我即使不是他见过最聪明的人，也能成功。”
对于富兰克林来说，你找不到比顶夸克更适合她的基本粒子了。这真是另辟蹊径，逆流而上。顶夸克是六种夸克之一——其他五种是上、下、奇、粲和底夸克——它们的存在是标准模型预测的，这个久经考验的方案构成了我们目前对物质和能量的理解基础。（上夸克和下夸克的三重态组成了构成原子核的普通质子和中子。其他夸克则是更奇异物质的组成部分。）上、下、奇、粲和底夸克都在20世纪70年代末被发现。然而，在此后的15年里，顶夸克却让六个不同的高能搜索团队束手无策。问题似乎在于，顶夸克竟然异常重——比次重的夸克（底夸克）重约40倍，甚至比大多数由整个粒子群组成的原子还要重。
粒子越重，产生它所需的能量就越多——很有可能，自大爆炸以来，宇宙中唯一拥有足够能量产生顶夸克的地方就是超新星。此外，粒子越重，它就越有可能迅速衰变成更小、更稳定的粒子。这些衰变模式赋予了每种重粒子独特的特征。但由于可能的模式太多，顶夸克的特征很难被可靠地识别。一个看似有希望的模式很可能最终被证明是其他东西的特征。
顶夸克为何如此之重？“是啊，这就是问题——为什么？”富兰克林说，“我们不知道。这很奇怪。你有六个夸克；其中五个非常轻，而第六个却重得令人难以置信。这就像你有瞌睡虫、笨蛋、脾气暴躁、害羞、快乐，以及克尔凯郭尔。”
从某种意义上说，富兰克林和顶夸克已经“慢动作”碰撞了二十年。20世纪70年代初，大约在理论家们完善标准模型的同时，富兰克林辍学高中，与同学一起创办了一所另类学校，然后又从那所学校辍学。但几年后，她成功地通过说服进入多伦多大学，主修物理学，就在那时，魅夸克被发现了。
当物理学家们首次寻找顶夸克的努力失败时，富兰克林正在斯坦福大学读研究生。正是在那里，她开始认真投入粒子物理实验，利用该大学的正负电子对撞机工作。她接着在加州大学伯克利分校做了博士后研究，在那里她参与了建造一种粒子探测器的工作，这种探测器被放置在加速器中的碰撞室周围，以便物理学家能够确定碰撞中产生了哪些粒子。当费米实验室准备其强大的兆电子伏特加速器时，人们认为它有足够的能量最终找到顶夸克，富兰克林已在哈佛大学安顿下来，并全身心投入到粒子搜索中。当兆电子伏特加速器获得所需的额外质子粉碎能力以真正找到顶夸克时，富兰克林已成为团队不可或缺的一部分。她解释说：“我喜欢质子。我也喜欢电子，但我已经研究过了。”
要充分体会富兰克林和其他实验家为捕捉顶夸克所付出的牺牲，你必须参观哈佛之家，那是一座小小的蓝色小屋，位于距离加速器一英里的一排单调但整洁的类似小屋中。这里是哈佛大学的学生和访问费米实验室的研究人员通常睡觉的地方。装饰是老式的汽车旅馆6风格，三张床经常被占用，这意味着人们有时会睡在沙发上甚至地板上。
不出所料，哈佛之家并不是来访费米实验室的人们最喜欢闲逛的地方。费米实验室的乡村酒吧或它的二手科幻小说社区图书馆也不是，尽管两者在需要时都备受赞赏。即使在深夜，大多数研究人员也会在加速器旁，或者更可能在附近的某个办公室里。然而，不是附近那座时尚现代、高耸的办公大楼里的舒适办公室；那座大楼里住着费米实验室的理论家。更普遍地说，顶夸克研究人员被分配到加速器另一边的一片由相互连接的拖车组成的迷宫中，那里弥漫着霉味木头、白板笔和香烟的气味。（尽管很少有美国物理学家吸烟，但他们的国际同行弥补了他们的克制。）这些拖车本应是临时的，但目前看来，这已经是最好的情况了。
这些拖车办公室几乎是许多进行顶夸克搜索研究人员的“半个家”。其中之一是加里·霍克，一位瘦长、长发飘飘的宾夕法尼亚大学物理系研究生，他正在努力撰写关于顶夸克的论文，同时兼职相当于全职的工作，为实验执行各种任务。他工作的一部分涉及精细调整和维护一台计算从兆电子伏特加速器碰撞室中产生的电子的设备。另一部分是重新编程模拟粒子探测器的软件；似乎该软件的行为远不如探测器那么不稳定，因此必须修改软件。霍克说，很容易判断一个未来的物理学家是注定从事实验生涯，而不是理论研究：他说：“如果你小时候没有拆开自行车或收音机并重新组装好让它正常工作，那么你可能就只能搞理论了。”
走廊尽头，费米实验室的工作人员研究员克劳迪奥·坎帕尼亚里和阿维·雅吉尔坐在浓密的烟雾中，仔细研究着最新加速器运行的电脑数据。坎帕尼亚里是意大利人，雅吉尔是以色列人，他们口音不同，但看起来可能有些亲缘关系。他们说话时也像心有灵犀一般。以下是两人讨论获取好数据所面临的挑战
克劳迪奥：这个探测器本来就不是为这项任务设计的，因为——
阿维：——没有人预料到顶夸克会这么重。但即使它是为不同类型的信号建造的，它也有能力——
克劳迪奥：——超越极限。
阿维：如果我们没有任何信号——
克劳迪奥：——我们将处于一个非常舒适的位置，因为我们没有什么需要解释的，但是——
阿维：——如果我们得到信号，我们将不得不担心我们可能做错了什么。对于顶夸克，我们不会有任何“尤里卡”的时刻。这将是一个逐渐拼凑的过程。
拖车公园里有些面孔看起来异常年轻，却在盯着质子相互粉碎的计算机模拟。其中许多面孔属于富兰克林的学生；她特意资助对动手物理学感兴趣的本科生。例如，哈佛大学的大四学生罗宾·考克斯正在富兰克林的小拖车办公室里度过夏天。像那里许多研究人员一样，她大部分时间都弓着背坐在电脑终端前。她的任务是探究顶夸克可能会产生什么样的意想不到的粒子，以防科学家们错误地计算了顶夸克能做什么和不能做什么。在运行了一个奇异粒子衰变模式的软件模拟后，她将仔细研究一页又一页的实验数据，看看加速器中是否出现了任何远程相似的东西。没有人期望她能发现任何惊喜；在哈佛，诺贝尔奖获得者理论家谢尔登·格拉肖已经向考克斯传达了信息：如果她发现任何东西，那她肯定是犯了错误。
尽管如此，排除这些事情被认为具有中等程度的实用性，即使不特别光鲜，考克斯认为能在这里并做出贡献是很幸运的。她说：“我知道物理学不仅仅是坐在教室里上课。”像哈佛大学许多其他在物理课上与富兰克林相遇的年轻女性一样，考克斯发现自己被她吸引，寻求灵感。在富兰克林成为哈佛物理系的全职成员之前，该系研究生中女性比例仅为10%；现在几乎达到了三分之一。哦，顺便说一句，考克斯报告说，她八岁时曾拆开并完美地重新组装了她母亲的几件小厨房电器。
富兰克林的另一位得意门生是一位身材瘦削、精力充沛的研究生，名叫大卫·凯斯滕鲍姆。凯斯滕鲍姆从高中时代起就一直在费米实验室度过暑假。现在，其他研究人员普遍称他为“小子”，这并非因为他开始得早，而是因为他倾向于像“淘气阿丹”那样的恶作剧。例如，有一次，他在加速器进行维修时，不小心用环氧树脂把自己的屁股粘在了地板上。还有一次，他在漆黑的控制室里独自熬夜，被电脑设备上成千上万个闪烁的小灯迷住了，于是他打开了便携式收音机，爬到椅子上开始跳舞。当一位年长的项目主管走进来，看到这一幕气得发疯时，凯斯滕鲍姆漫不经心地回应道：“冷静点，老爸。”现在人们用这个昵称时带着一丝敬意。
但凯斯滕鲍姆不是为了搞笑。在夏天，他有时每周工作80小时。他曾在哈佛之家的沙发上度过了无数个夜晚，祈祷他的寻呼机不会响。他还是探测器一项重要改进的幕后推手，这项改进将探测器发现μ子（一种类似重电子的粒子，可能是顶夸克的重要特征）的能力提高了30%。他说：“帮助研究人员发现更多粒子是引起他们注意的好方法。”
富兰克林不和学生开会的时候，大部分时间都在加速器控制室里，盯着几十个计算机显示器，这些显示器报告着加速器运行的方方面面。有时她需要精细调整她参与建造的三个探测器之一，偶尔还需要指挥坑里的维修任务。不过，大多数时候，值班期间没什么可做的，即使是精细调整和维修通常也不需要她亲身在场。但富兰克林说，许多项目资深成员认为这些任务是“脏活累活”，这让她感到被冒犯了。她绝不会把责任推给别人，只为在剑桥多出一个周末：“你知道你想修东西，但你又不能告诉别人怎么修，你就需要自己动手吗？有时你必须待在那里，因为重要的事情往往来自于某人坐了14个小时喝咖啡吃甜甜圈后说的一句话。真正有用的人是那些通过耳濡目染吸收信息的人，所以即使他们只是无聊地坐在那里，当发生事情时，他们能准确地想起应对情况的知识。你需要待在那里与这些人交流。”
并非所有的人际互动都那么富有成效。顶夸克搜寻的巨大挑战和规模催生了多种形式的政治争吵和争议。问题的根源在于一个物理限制：顶夸克，假设它真的存在，是一种高度不稳定的粒子。仅仅因为它质量太大（因此包含大量能量），它会在万亿分之万亿秒内衰变成更普通的粒子，如电子和μ子，时间太短以至于无法直接观测。因此，要说找到了顶夸克，研究人员必须找到顶夸克短暂出现的残余物；也就是说，他们必须精确地锁定正确组合的粒子，每个粒子都具有合适的能量，以拼凑出可识别的特征。然后必须分析这些精确组合，以确保其中至少一部分很可能是顶夸克的残骸，而不仅仅是更普通事件的常规余波。因此，寻找顶夸克并非一锤定音之事，而更像是一场福尔摩斯式的推理练习，一系列线索，每条线索本身都毫无意义，经过仔细收集、检查，然后反复重新检查，直到一些可能是或可能不是真相的微光开始从迷雾中显现，最初以一种不那么确定的方式指向嫌疑目标。
要是福尔摩斯能帮忙就好了。事实上，能力不如传奇人物的科学家们还得努力解决决定寻找哪些数据以及如何解释它们的问题，这些任务极易受到意见分歧的影响。兆电子伏特加速器每秒产生30万个粒子，但即使是加速器大楼里占据一个大房间的强大迷你计算机也无法在如此短的时间内处理和记录如此多的信息。为了将海量数据削减到可管理的水平，一套被称为触发器的电子设备和软件会筛选每次碰撞的产物。每个触发器都旨在寻找粒子产生事件中的特定特征——例如，两个高能缪子向相反方向移动。然后，触发器会选择符合其标准的极少数事件，并丢弃其余事件。因此，触发器对原始数据进行初步筛选，挑选出值得进一步审视的事件。
总共有180个触发器，它们被分为三组；要最终以数字形式保存供以后分析，一个候选事件必须被这三组中的至少一个触发器选中。（如果一个寻找μ子，另一个可能寻找某种电子组合，或总能量。）在最初每秒30万个事件中，通常只有大约5个能通过触发器的层层筛选，被记录在磁带上。
因此，如何设置触发器是几乎持续不断且有时充满激烈争论的话题。由于触发器决定了哪些事件稍后会被分析，哪些事件会被未经检查地放过，因此用于决定哪些保留哪些放弃的标准显然至关重要。如果触发器设置不当，即使粒子以惊人的速度产生，也可能导致实验看起来没有顶夸克。但不同的物理学家对于哪种粒子衰变模式最有可能预示顶夸克的反向存在，往往有非常不同的看法。因此，富兰克林和其他物理学家讨论触发器编程的每两周一次的会议有时会很紧张，让一些物理学家感到被冷落。富兰克林觉得这些争论很无聊。她耸耸肩说：“无论我们决定什么，十年后我们回顾时，可能都会觉得我们很傻。”
项目团队之间的竞争还体现在许多其他形式上。例如，分析保存在磁带上的事件需要将数据加载到连接到费米实验室计算机的硬盘驱动器上。但由于没有足够的磁盘空间——甚至整个世界也没有——来处理所有收集到的数据，研究人员必须满足于加载和查看数据的一个小小子集。毋庸置疑，物理学家们并非总能就应该首先分析哪些小小子集，甚至哪些根本应该分析达成一致；他们必须争取对他们最感兴趣的子集。一些资金更充裕的大学能够负担得起购买自己巨型磁盘驱动器所需的3.5万美元，这使他们具有一定的优势，并在那些不得不使用项目公共磁盘空间的大学中滋生了嫉妒和不满。
另一种阶级秩序围绕着探测器的位置。毫不奇怪，最干净的数据来自紧邻碰撞室的探测器，而大多数这些探测器碰巧是费米实验室工作人员设计的。其他探测器，比如哈佛大学的，位置稍远，所以富兰克林和她同样靠外的同事必须有说服力地论证，才能让他们的结果受到重视。有两年时间，她和她的学生发现他们探测器捕获的电子数据被广泛忽视；最终他们得以证明，探测器的改进实际上使他们的电子计数与更接近碰撞室的计数一样好。但如果两个探测器产生相互矛盾的结果，就不总是清楚应该相信哪个探测器。富兰克林承认她自己也沉溺于位置政治。她说：“威斯康星大学的探测器甚至更远。他们一直在推销他们的数据，但我们告诉他们那是垃圾。”
富兰克林声称，一些内讧更多地与个人问题而非物理学有关。她说：“大多数领导团队的人都是45到55岁的男性，他们意识到自己一生中从未做过真正重要的事情，并认为这是他们最后的机会，所以他们必须努力掌控局面。你能想象30个这样的人开会吗？我最终也加入了这场斗争，只是作为对他们所有争斗的一种反应。”
内部紧张关系在去年四月达到顶峰，当时两个小组中的一个小组的高级物理学家决定他们有足够的证据表明顶夸克存在，足以正式宣布这些有启发性的数据。但许多普通成员认为，在获得清晰、不那么模糊的发现证据之前，项目应该保持沉默，这一直是粒子猎手们的传统。他们并非认为结果是错误的；他们只是觉得冒潜在尴尬的风险没有意义。但反对意见被否决了——许多物理学家认为项目经理希望发布好消息以确保持续的资金流——于是宣布了。大多数新闻报道都暗示顶夸克已被发现，这导致项目内部进一步咬牙切齿。富兰克林说：“很多人感到愤怒和无力。但上层有强大的推动力，要求发布论文。”
尽管如此，项目中的几乎每个人，包括富兰克林，似乎都毫不怀疑他们确实看到了顶夸克，并且这个顽固的粒子即将被正式发现。与此同时，兆电子伏特加速器继续收集必要的数据，以支持去年的半信半疑的说法。为什么要花费这么多时间和金钱，只是为了更好地发现一个众所周知的粒子呢？富兰克林指出，首先，每个人都可能是错的；也许标准模型并非物理学家们长期以来所认为的真理堡垒，顶夸克根本不存在，或者以物理学家不知道如何探测的某种奇怪形式存在。
此外，富兰克林说，她更看重发现的过程，而不是发现本身，毕竟，当它最终到来时，可能会显得平淡无奇。而且，除了找到顶夸克，还有更多：研究团队不断对许多其他粒子及其复杂的相互作用进行新的、更好的测量。至于模糊性、琐事、设备故障——富兰克林说她喜欢所有这些。她说：“人们不明白科学的疯狂有多么伟大。那种感觉，当你早上醒来，真的想投入到这些工作中去。”
很长一段时间以来，富兰克林都想知道是否有人能理解她沉浸在一个真正好的实验中时的感受。然后，当她建造她的第一个主要探测器时，她看了一部关于已故雕塑家亚历山大·考尔德和他创作《马戏团》的纪录片，那是一个由小钢丝动物、杂技演员和其他马戏团表演者组成的复杂而异想天开的系列作品。影片中包含了考尔德全神贯注于工作，坐在他杂乱工作室里的镜头。从那时起，富兰克林感觉自己不再那么孤独了。
“每个人都认为概念性的东西才是重要的，”她说，“人们不知道亲手建造、组装东西有多么困难，又有多么有意义。但那个人知道。他真的知道。”
