2015年12月15日，位于欧洲核子中心的大型强子对撞机（LHC）公布了对撞机升级改造后近半年来的实验数据。两大实验组 ATLAS 和 CMS 给出了一个令人震惊的结果：在双光子末态的过程中，质心能量 750 GeV附近，发现了超出本底大约 3 倍标准偏差的信号，也就是说发现新粒子的可靠性是 99.7%。虽然目前实验结果的统计性还比较低，现在说发现新粒子尚为时过早。对于实验是否可靠的问题，我们留给专业的实验家来解决。本文将讨论如果这个新粒子的发现被证实，粒子物理将开启新的时代。

2012年7月4日，LHC 宣布发现称为上帝粒子的希格斯玻色子，标志着粒子物理标准模型的成功和圆满。伴随着这一重大发现，2013 年度的诺贝尔物理学奖授予了提出希格斯机制的希格斯和恩格勒。同时，LHC 上没有发现新物理，暗示着从 200 GeV左右到很高的能量范围之间存在一个粒子物理的沙漠地带，也就是说从标准模型的能区到新物理出现存在巨大的鸿沟。

这个鸿沟会带来一个严重的理论问题：自然性。对于希格斯质量的量子修正是二次发散的，说明小尺度的新物理对于希格斯质量的影响是巨大的。但是实验发现希格斯粒子的质量稳定在125 GeV，预示着新物理的贡献必须被抵消到10^{-30}的水平。如此高精度的抵消对于上帝可能不算什么，对于人类来说却是极不自然的。理论家发明的有效场论的基本原则是小尺度物理和大尺度的物理要退耦，这样我们在研究太阳系的问题时可以不用考虑粒子物理中的夸克和希格斯粒子的影响，否则任何现象的解释都需要无穷小尺度、无穷多自由度。所以自然性问题的存在是与有效理论的观念背道而驰的。

为了解决自然性问题，大量的新物理模型应运而生，多数的模型需要在TeV 能区出现新粒子。几年以来，LHC上没有发现新物理，意味着新物理即使存在也只会出现在很高的能区，所以粒子物理的发展比较有希望的是精确研究希格斯粒子。这也促成了世界范围内建造希格斯粒子工厂的兴趣热潮，比如中国的环形电子正电子对撞机（CEPC）、日本的直线对撞机（ILC）、欧洲的电子对撞机（TLEP）等。这些对撞机计划都是工程浩大，造价昂贵，研究目标专一，主要针对希格斯粒子进行更精确的测量。

如果LHC上质量约750 GeV 的新粒子发现了，将成为粒子物理继希格斯粒子发现后的重要里程碑。根据双光子衰变道推断这个粒子很可能是个标量粒子。因为著名的朗道-杨振宁定理预言自旋为一的矢量量子不能到两个光子。光子自旋为一，新粒子自旋可能是0和2。自旋为2的情况可以通过角分布来判断。比如希格斯粒子基本上排出了自旋为2的可能性。所以双光子到可能是鉴别标量粒子的最佳衰变道。四年前，发现希格斯的迹象也是首次在双光子道中出现的。

新粒子发现的意义将体现在几个方面：（1）存在新物理，在TeV能区；（2）诞生一个新的不同于希格斯的标量粒子。这些都将确定粒子物理的发展方向，并且对于暗能量、暗物质以及宇宙暴涨中的标量场研究将有启发。我国高能物理的发展战略也需要相应地调整和规划。

       如果说希格斯粒子的发现让我们偷窥了上帝一眼，那么750 GeV新粒子的发现将把我们带入上帝更深邃的领域。难道这是粒子物理曙光出现的先兆？让我们拭目以待吧，半年后我们将会有新粒子是否存在的确切消息。

附：

关于LHC新发现的英文网址：http://indico.cern.ch/event/442432/。

     一个有关的中文网址：http://www.zhihu.com/question/38559885。