作者：Geoff Brumfiel，來自《自然》雜誌
世界上最大型的粒子加速器正以空前的速度運轉，向物理學家們輸送著海量資料。但是，機器內部每秒發生的數百萬次碰撞現在正在形成濃厚的迷霧，矛盾的是，這可能會遮蔽一個傳說中的目標：希格斯玻色子。
這個問題被稱為粒子堆積，並且有望成為今年在歐洲核子研究中心（CERN）的大型強子對撞機（LHC）工作的科學家們面臨的最大挑戰之一。歐洲核子研究中心是位於瑞士日內瓦附近的主要高能物理實驗室。
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巨大的計算能力、巧妙的軟體和技術技巧正在幫助科學家們應對這個問題。但是，研究人員可能仍然需要減少碰撞次數，以找到長期尋找的希格斯玻色子，這是一種被認為賦予其他粒子質量的場的體現。
如果希格斯玻色子存在，它會在機器內部短暫出現，然後衰變為更輕的粒子。去年，LHC 的兩個最大探測器看到了希格斯玻色子的跡象，其質量約為 125 吉電子伏特（能量和質量在粒子物理學中是可互換的）。今年，研究人員希望收集更多資料，以觀察該訊號是否會增長為確定性，還是會消退為虛無。
自從上個月開始最新的科學執行以來，LHC 一直在將數萬億質子擠壓成越來越小的束團，並將這些束團以每秒數千萬次的速度碰撞在一起。產生的資料以反飛靶（fb^−1）為單位衡量，該單位大致相當於 100 萬億次碰撞。僅在上個月，LHC 就記錄了相當於 1 fb^−1 的碰撞資料。到今年年底，其目標是至少捕獲 15 fb^−1 的資料（參見 `Smashing!'）。
為了收集這些資料，研究人員正在透過兩種方式推動對撞機：將粒子加速到更高的能量，以及增加碰撞次數。更高的能量允許更重的粒子產生，但碰撞次數將決定物理學家是否有足夠的資料來宣佈一項發現。在未來幾周內，科學家們將在機器內部裝入更多的質子，並將粒子儘可能緊密地聚焦到 LHC 兩個最大探測器中心的碰撞點上。歐洲核子研究中心加速器執行主管 Mike Lamont 說，目前“我們已經做得比我們認為的還要好得多”。
Lamont 說，每次兩個緊密堆積的質子束團交叉時，它們產生的不是一次碰撞，而是平均 27 次。但預計在幾周內，這個數字將上升到 30 多次，峰值約為每次交叉 40 次碰撞。LHC 的兩個主要探測器最初設計為一次僅處理大約二十幾次碰撞。但到目前為止，它們已經設法應對了。
每個探測器都由多層較小的探測器組成，這些探測器記錄來自其中心的碎片軌跡。當發生碰撞時，機器上方的計算機決定資料是否有趣，如果有趣，則從軌跡中重建碰撞。但是，當一次發生數十次碰撞時，計算機必須解開它們。
去年，與 ATLAS 探測器合作的研究人員成立了一個工作組，以解決粒子堆積問題，重寫計算機程式碼，以便探測器能夠應對額外的碰撞。團隊成員 Andreas Salzburger 說，該小組一直在努力清除“幽靈”粒子，這些粒子在幾個粒子的路徑對齊時出現，產生了一個實際上不存在的粒子的幻覺。他說，儘早消除這些幽靈粒子可以減少處理有用資料所需的計算能力。
在 ATLAS 的競爭對手探測器緊湊繆子線圈（CMS）中，物理學家們訓練他們的演算法來即時分類資料，根據複雜程度分析粒子軌跡。“你玩過‘挑棍子’遊戲嗎？” CMS 發言人 Joe Incandela 問道。“你先挑最容易的，這樣處理其他的就更簡單了。” 該團隊還在研究如何消除來自“環行者”的訊號，這些“環行者”是沿著探測器磁場線螺旋運動的低能粒子，產生與希格斯玻色子搜尋無關的資料。
隨著碰撞次數的增加，這些技巧的效果可能會降低。在機器的外邊緣，探測器分段更大，解析度更粗糙，因此可能無法解開某些軌跡。這可能會降低探測器拾取希格斯玻色子的一個特徵的能力：衰變為一對 W 玻色子，這會導致需要由這些外部分段捕獲的粒子級聯。
目前，大量額外的資料應該可以抵消因粒子堆積而造成的損失。研究人員預計，從最可能的希格斯玻色子衰變途徑（產生兩個 γ 射線）中丟失的事件不會超過 15%。Lamont 說，如果 ATLAS 和 CMS 無法處理湧入機器的額外粒子，加速器物理學家們已經準備好調回引數。但“如果他們能承受，我們就會提供給他們，”他說。