几周前，我写了关于Tevatron和LHC 取得的显著里程碑，并预测如果有可能快速取得新发现，那就是现在，特别是对于分析比以往样本量大30倍数据的LHC实验而言。结果呢？大自然非常谨慎——在LHC的CMS和ATLAS实验进行的几乎所有关于新粒子和新现象的搜索中，我们只看到了与普通标准模型背景预测的惊人一致。在两个大型国际会议上都提出了大量结果：在法国格勒诺布尔举行的年度欧洲物理学会高能物理会议，以及在马萨诸塞州剑桥麻省理工学院举行的粒子与原子核国际会议(PANIC11)。我于周二在后一个会议上介绍了CMS在希格斯玻色子搜索方面的结果……下面将详细介绍。这些会议以及ATLAS和CMS的公开物理结果网站上有大量在线资料。不过，我们还是来看几个例子。PANIC会议的主题是纪念卢瑟福发现原子核100周年，有什么比以一百万倍的能量进行他的实验，并深入夸克内部看看……嗯，看看它们是否有内部结构，看看它们是否有子结构更好的庆祝方式呢？当然，要进行这个实验，我们需要将夸克对撞，看看是否有任何迹象表明内部有更小的东西，这将表现为粒子喷流以侧向于射束的方向出来，就像卢瑟福的学生盖革和马斯登看到α粒子从金箔上以远超解释角度的角度偏转一样。
但在这张图表中，我们只看到了一个平滑的谱，与预测非常吻合，一直延伸到极高的能量……没有突起，尾部也没有过剩，也没有侧向出来的喷流过剩。一次性地，我们将夸克的尺寸限制缩小了三到四倍。据我们所知，夸克是点状的。这是CMS使用1 fb-1进行第一篇论文的主题。另一项巨大的努力是寻找已知费米子和玻色子可能存在的超对称伙伴的证据——这项搜索已经进行了近三十年。如果自然界存在超对称，这将有助于解决一个理论上的谜团，即备受关注的希格斯玻色子的计算质量如何在巨大的量子力学修正因子的作用下保持稳定。超对称将提供一种机制来在很大程度上抵消这些修正。
超对称可能以多种方式出现在Tevatron和LHC上，但LHC的能量是Tevatron的三倍半，在这个搜索中具有巨大优势，仅用去年的数据样本，LHC实验就远远超过了Tevatron的所有排除极限。现在，随着三十倍于过去的数据量，在各个搜索通道中，CMS和ATLAS的故事都是一样的：在任何地方都没有发现超对称的迹象。你不应该认为这句话意味着超对称不存在。此刻，我们只能说，如果它确实存在，在一种通用的、简单的超对称版本mSUGRA中，夸克的伙伴粒子的质量似乎非常大，超过1 TeV。它们的质量越大，它们抵消希格斯玻色子修正的作用就越弱。理论家们非常有创造力，正在考虑可能不会轻易出现在我们实验中的超对称模型[见下方Matt Strassler的评论]。那么希格斯玻色子呢？我必须说，这个故事变得非常有趣。LHC实验比Tevatron有巨大优势，底线是对于高质量的希格斯玻色子，质量范围在150 GeV左右以上，LHC完全超越了Tevatron，基本上排除了质量在150 GeV到450 GeV范围内的希格斯玻色子。这是数据样本量大幅增加以及结合半打搜索通道的直接结果。CMS和ATLAS在这质量范围内都获得了类似的结果，尽管ATLAS实验在230 GeV附近出现轻微的过剩，但我认为我可以自信地说，希格斯玻色子不会在这个区域被发现。但我个人从未认为这可能。对W和Z玻色子质量和性质精确测量以及顶夸克质量的全世界数据总和，倾向于表明希格斯玻色子非常轻，更接近100 GeV。事实上，希格斯玻色子质量的最佳预测值远低于80 GeV，但LEP 2实验排除了质量低于114.4 GeV的标准模型希格斯玻色子。这定义了当前搜索窗口的低端，该窗口现在延伸到150 GeV左右，精确数据偏向于该范围的低端。简而言之，正在发生的是，Tevatron实验正在为希格斯玻色子拉下帷幕，但帷幕在低质量端较低。LHC也在拉下帷幕，但从高质量端开始。所以两台机器正在竞相在中低质量区域约120 GeV达到标准模型希格斯玻色子的灵敏度。Tevatron实验将在两个月内收集最后的数据，但LHC实验将继续收集数据，到年底数据量可能会翻两番。所以时间也是一个因素，Tevatron实验现在真的有最后一次机会覆盖有趣的低质量区域。但我们说的“覆盖”区域是什么意思？如果根本没有希格斯玻色子可供发现，那么我的预测是，Tevatron实验可以以95%的置信度排除其质量高达约120 GeV，利用最终的数据样本。然而，如果希格斯玻色子确实在这个质量范围内，那么实验应该无法排除它！LHC将继续推进，实验者将继续改进和完善分析，并且到年底，我预测，如果LHC一切顺利，我们将要么将希格斯玻色子的存在排除到Tevatron的极限，要么开始看到过剩。事实上，CMS和ATLAS的LHC数据都在低质量区域显示出广泛的过剩。现在，这可能是背景的系统性低估、观测谱的统计涨落，或者，它可能，仅仅可能是由于存在低质量的希格斯玻色子。过剩出现在广泛的质量范围内并不令人惊讶，因为最灵敏的通道之一，即希格斯衰变为WW，其质量分辨率很低或没有分辨率。过剩是媒体最近关注这一兴奋点的原因——这与我们预期看到希格斯玻色子信号开始显现的情况非常吻合。要真正发现希格斯玻色子还需要大量更多的数据，我们将在2012年从LHC获得这些数据。现在，我们通常将“发现”一词保留给“5西格玛”过剩的情况，这意味着只有不到三百万分之一的可能性，仅背景的统计涨落就会给我们带来我们观察到的结果，或者更多。这是一个严格的标准，考虑到所有各种实验不确定性，并不容易确立。如果希格斯玻色子的质量接近120 GeV，我们能否在2012年底之前实现5西格玛的发现？这可能需要将LHC实验的数据与Tevatron的数据结合起来，这目前是一个激进的概念，但我必须说，技术上是可行的。因此，尽管大自然在标准模型之外的任何新物理学方面表现得十分含蓄，但该领域仍然是一个非常激动人心的时代，谁知道呢：也许如果我们能以恰当的姿势，侧着头，眯着眼，我们很快就能看到一些我们以前从未想过的事情。
