（《新发现》专栏，勿转）

最近我为南方周末写了一篇文章，题为《2012年或为物理学突破年》，展望刚刚开始的2012年高能物理即将来临的突破。这些突破在去年年底已经露出端倪，即是去年12月13号欧洲核子中心举办的两个高能粒子物理实验组的联合学术报告，报告大型强子对撞机上的两个最大的探测器的最新结果，包括可能看到的希格斯粒子的迹象。如果这些迹象是货真价实的，那么我们预计这两个实验今年可以实实在在俘获绰号为上帝粒子的希格斯粒子。

表面上看来，在美国国立费米实验室关闭了美国最大的加速器Tevatron之后，高能粒子物理中心从美国转移到了欧洲。在高能的前沿，这是确实的，Tevatron是质子和反质子加速器，每个粒子加速到最高的能量是一万亿电子伏（相当于质子质量所含能量的一千倍），而大型强子对撞机将一个质子加速到三万五千亿电子伏，两年后，这个能量将被提高到七万亿电子伏。别小看这3.5倍和7倍，就差这么一点，美国人就没有能够发现希格斯粒子，而大型强子对撞机就可以。事实上，也许Tevatron在一万亿电子伏上稍微提高一点点，就有发现希格斯粒子的机会。

早在九十年代，美国人错过了更好的机会。我90年到美国，那时所谓超导超级对撞机的建造已经进入实施阶段，这是一台类似大型强子对撞机的加速器，但能量更高，每个质子的能量可达二十万亿电子伏，几乎是大型强子对撞机的七倍。当年，物理学家们预计这台加速器耗资大约是44亿美元，到了1993年，预计耗资120亿美元以上，国会最终在1993年终止了这个计划，那时巨大的周长为87公里的地下隧道已经挖了23.5公里。这个加速器如果建造成功，比大型强子对撞机要大多了，后者的隧道周长为27公里。考虑到大型强子对撞机后来耗资大约一百亿美元，而且隧道还是老加速器的隧道，如果美国不终止超导超级对撞机，耗资应该远远超过120亿美元。我记得1993年10月份国会的决定传来，美国高能物理界一片哀声。确实，如果超导超级对撞机不被终止，希格斯粒子应该早就被发现了，美国人也许已经发现了更多的令人惊讶的新物理规律。现在，这个机会只好拱手让给欧洲人了。超导超级对撞机的选址在德克萨斯州的小城瓦克夏哈契，人口只有不到三万人，如果超导超级对撞机建造成功，这个小城的人口就会远远不止三万。超导超级对撞机的终结也有很多政治因素，这个计划开始于里根执政年代，后来得到老布什的极大支持（德州也是他的家乡），而在克林顿手里寿终正寝。民主党人对科学没有那么大热情，一如现在的奥巴马。

回到国立费米实验室。去年九月底，工作了28年加速器Tevatron被关闭，美国人也停止了在能量前沿的领先。但是，费米实验室一共有十台加速器，Tevatron不过是体型最大能量最高的加速器，另外九台还将继续工作。这些加速器的主要目标不再是能量前沿，而是强度前沿。

费米国立加速器实验室位于芝加哥南边的巴达维亚，一个小镇子。实验室内部很空旷，有很多草地，甚至还有牦牛。在一些特定的季节，大雁会在这个实验室草地上驻留一段时间。这个美国最大的加速器实验室成立于1967年，到今年正好有45年历史。最大的加速器Tevaton是仅次于大型强子对撞机的强子加速器，周长为6.3公里。这里加加速器在1995年发现了最后一个夸克，顶夸克。这个加速器去年九月底关闭了，还剩下一些较小的加速器，这些加速器为几个中微子实验提供了必要的支撑。目前，费米实验室有至少五个中微子实验，包括著名的MINOS实验。

MINOS实验和那个更为著名的OPERA一样，本来是用来探测一种中微子变成另一种中微子的。去年，位于意大利的OPERA实验声称测量到中微子超光速后，很多人也知道了其实MINOS在2007年就发现中微子有超光速的嫌疑，但是这个实验的误差很大，得到的结果基本不可信，这也是美国人至今对中微子超光速谨言慎行的原因。最近一年，MINOS在测量第二代中微子（即渺子中微子）转变成第三代中微子（即陶子中微子）上面成绩很大。

既然费米实验室放弃了在能量上的竞争力，当然就得加强强度方面的竞争力。粒子物理实验涉及好多因素，能量自然很重要，因为根据量子力学测不准原理，我们如果想探测更小的空间，就需要更高的能量。但是，由于一些粒子反应几率非常小，粒子流的强度，我们时常称为亮度的，也很重要。强度或亮度就是单位时间内粒子发生反应的次数，要提高粒子反应的次数，就得增强被加速粒子流的强度。对于中微子实验，强度尤其重要，因为中微子是与其他粒子作用最小的粒子。通常，我们用质子打在固定石墨靶上产生中微子。费米实验室最近的目标是提高实验MINERvA的强度。当下，每2.2秒，MINERvA实验就有接近亿亿个中微子产生，打在各种原子核上，观测碰撞后的结果。而著名的实验MINOS位于MINERvA的下游。

MINOS最新的结果是关于第一代中微子转换成第三代中微子的，与其竞争的还有日本和法国的实验。这三个实验似乎已经到到它们的极限，位于大亚湾的中国中微子实验也许将在这个测量上做出突破。下一个中微子实验是NOvA，大约2014年启动。费米实验室最值得期待的中微子实验将是LBNE，但这个实验要到2020年才会工作。

我猜测，以上提到的几个中微子实验其实有一个更为隐秘的目标，就是测量中微子到底超光速了没有。