作者：Geoff Brumfiel，来自《自然》杂志
世界上最大型的粒子加速器正以空前的速度运转，向物理学家们输送着海量数据。但是，机器内部每秒发生的数百万次碰撞现在正在形成浓厚的迷雾，矛盾的是，这可能会遮蔽一个传说中的目标：希格斯玻色子。
这个问题被称为粒子堆积，并且有望成为今年在欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）工作的科学家们面临的最大挑战之一。欧洲核子研究中心是位于瑞士日内瓦附近的主要高能物理实验室。
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巨大的计算能力、巧妙的软件和技术技巧正在帮助科学家们应对这个问题。但是，研究人员可能仍然需要减少碰撞次数，以找到长期寻找的希格斯玻色子，这是一种被认为赋予其他粒子质量的场的体现。
如果希格斯玻色子存在，它会在机器内部短暂出现，然后衰变为更轻的粒子。去年，LHC 的两个最大探测器看到了希格斯玻色子的迹象，其质量约为 125 吉电子伏特（能量和质量在粒子物理学中是可互换的）。今年，研究人员希望收集更多数据，以观察该信号是否会增长为确定性，还是会消退为虚无。
自从上个月开始最新的科学运行以来，LHC 一直在将数万亿质子挤压成越来越小的束团，并将这些束团以每秒数千万次的速度碰撞在一起。产生的数据以反飞靶（fb^−1）为单位衡量，该单位大致相当于 100 万亿次碰撞。仅在上个月，LHC 就记录了相当于 1 fb^−1 的碰撞数据。到今年年底，其目标是至少捕获 15 fb^−1 的数据（参见 `Smashing!'）。
为了收集这些数据，研究人员正在通过两种方式推动对撞机：将粒子加速到更高的能量，以及增加碰撞次数。更高的能量允许更重的粒子产生，但碰撞次数将决定物理学家是否有足够的数据来宣布一项发现。在未来几周内，科学家们将在机器内部装入更多的质子，并将粒子尽可能紧密地聚焦到 LHC 两个最大探测器中心的碰撞点上。欧洲核子研究中心加速器运行主管 Mike Lamont 说，目前“我们已经做得比我们认为的还要好得多”。
Lamont 说，每次两个紧密堆积的质子束团交叉时，它们产生的不是一次碰撞，而是平均 27 次。但预计在几周内，这个数字将上升到 30 多次，峰值约为每次交叉 40 次碰撞。LHC 的两个主要探测器最初设计为一次仅处理大约二十几次碰撞。但到目前为止，它们已经设法应对了。
每个探测器都由多层较小的探测器组成，这些探测器记录来自其中心的碎片轨迹。当发生碰撞时，机器上方的计算机决定数据是否有趣，如果有趣，则从轨迹中重建碰撞。但是，当一次发生数十次碰撞时，计算机必须解开它们。
去年，与 ATLAS 探测器合作的研究人员成立了一个工作组，以解决粒子堆积问题，重写计算机代码，以便探测器能够应对额外的碰撞。团队成员 Andreas Salzburger 说，该小组一直在努力清除“幽灵”粒子，这些粒子在几个粒子的路径对齐时出现，产生了一个实际上不存在的粒子的幻觉。他说，尽早消除这些幽灵粒子可以减少处理有用数据所需的计算能力。
在 ATLAS 的竞争对手探测器紧凑缪子线圈（CMS）中，物理学家们训练他们的算法来即时分类数据，根据复杂程度分析粒子轨迹。“你玩过‘挑棍子’游戏吗？” CMS 发言人 Joe Incandela 问道。“你先挑最容易的，这样处理其他的就更简单了。” 该团队还在研究如何消除来自“环行者”的信号，这些“环行者”是沿着探测器磁场线螺旋运动的低能粒子，产生与希格斯玻色子搜寻无关的数据。
随着碰撞次数的增加，这些技巧的效果可能会降低。在机器的外边缘，探测器分段更大，分辨率更粗糙，因此可能无法解开某些轨迹。这可能会降低探测器拾取希格斯玻色子的一个特征的能力：衰变为一对 W 玻色子，这会导致需要由这些外部分段捕获的粒子级联。
目前，大量额外的数据应该可以抵消因粒子堆积而造成的损失。研究人员预计，从最可能的希格斯玻色子衰变途径（产生两个 γ 射线）中丢失的事件不会超过 15%。Lamont 说，如果 ATLAS 和 CMS 无法处理涌入机器的额外粒子，加速器物理学家们已经准备好调回参数。但“如果他们能承受，我们就会提供给他们，”他说。