当物理实验结果变成美丽的彩色玻璃
乍看之下，粒子物理学家 Hubert van Hecke 所制作的彩绘玻璃窗就像是那些常见却又独特的艺术作品，它们经常出现在西方古老的教堂里，或是一些现代艺术馆中。但是在van Hecke的作品之中，不仅仅只是有漂亮的形状和颜色，事实上，它们包含着物理学家所钟爱的元素。如果你恰好是一位粒子物理学家，仔细观赏，就会发现这些玻璃窗实际上是从粒子物理学实验中所绘制的图形演绎创造的。
△ 粒子物理学家 Hubert van Hecke。
Van Hecke 大学时期在路易斯安那州立大学学习，在那里他学会了如何制作彩色玻璃。Van Hecke 说他的父亲是一位画家，因此虽然本科课程学习的是物理，但也算是具备一定的艺术细胞。在努力获得物理学士学位的同时，也学会了制作彩色玻璃。
在两个学期的学习过程中，van Hecke学会了如何从较大的片材中切割玻璃片，将它们拼接、再焊接在一起。他回忆说：“这个课程会让你完成各种不同的作业，给你很大的空间去施展才华。我记得其中一个是做与斐波纳契数字相关的设计，还有一个是你需要选择一位最喜欢的哲学家，然后制作一个与这位哲学家的思想相关的玻璃窗。”
Van Hecke 在研究生时期仍在创造这些窗户和镜子，但自从在洛斯阿拉莫斯国家实验室开展全职科研工作后，便停止了这一项有趣的活动，他的生活重心主要变成了研究重离子物理学和赚钱养家。不过最近，他再一次回到他的艺术工作室，这次，他创造出了源自于物理学启发的作品。
Van Hecke说：“从很久以前我就想要做一些设计了，而这些物理实验的绘图又恰好触动了我。自从我发觉到一些实验结果的图形非常有趣、美丽，便开始收集。”
他制作的第一个基于实验图形的玻璃窗是一个带有红色、橙色和黄色的矩形玻璃窗：
△ 根据MiniBoone实验中的中微子研究结果所制造的彩绘玻璃窗。（图片来源：Hubert van Hecke）
其灵感来自于费米国家加速器实验室MiniBooNE实验的中微子味振荡的实验结果。而其实原图看上去是这样的：
（图片来源：Bertram Schwarzschild）
在那之后他继续创造了两件作品，其中一件是基于Tevatron粒子加速器在寻找希格斯玻色子时的实验结果，另一件作品的灵感来源则来自于夸克和胶子的实验。
寻找希格斯玻色子是Tevatron在2001年到2011年十年间的主要工作目标，它当时是世界上能量最高的加速器。在这一时期的末期，两个名为DØ和CDF的实验，将数据合并在一起进行联合分析得到了这个结果：
△ 希格斯粒子实验CDF与DØ'数据合并结果：黑色实线为实验结果，绿色与黄色色带为希格斯粒子不存在的预期结果。（图片来源：The TEVNPH Working Group）
上图显示了希格斯粒子具有一定质量的概率，横轴显示的是希格斯粒子质量范围：从100至200 GeV/c²。曲折的黑色粗线为实验结果，绿色和黄色色带所显示的区域为希格斯粒子不存在的实验预期。因此，从这个实验结果中，我们可以看到它暗示了在125 GeV/c²周围区域似乎有希格斯粒子存在的迹象。但这些结果还不足以声称希格斯粒子被找到。
△ “寻找希格斯粒子”彩绘玻璃窗。（图片来源：Hubert van Hecke）
2011年，Tevatron被关闭，搜寻希格斯粒子的重任就落在了大型强子对撞机（LHC）身上。2012年，LHC团队宣布发现希格斯玻色子（彩绘窗中的红色小球位置），质量为126 GeV/c²。2013年，彼得·希格斯（Peter Higgs）和弗朗索瓦·恩格尔特（Francois Englert）被授予诺贝尔物理学奖，以表彰他们在50年前就预言了这种粒子的存在。
Van Hecke的另一幅作品是基于 Tevatron 的夸克和胶子实验。
△ “夸克和胶子”彩绘玻璃窗。（图片来源：Hubert van Hecke）
我们较为熟悉的质子和中子都是由夸克构成的，而质子和中子则形成了原子核。夸克与胶子束缚在一起。一个质子由两个“上”夸克和一个“下”夸克组成。但是，在量子世界中，所有的粒子都可以短暂的出现，包括其他的夸克（奇、粲、底、顶）和它们的反夸克等。这些短暂存在的粒子在质子内形成一片背景粒子“海”。它们每一个都携带一部分的质子总动量。上面这张彩绘玻璃从左到右分别为胶子、上夸克、下夸克，和奇夸克，显示了是粒子携带了质子的一部分动量的概率，横轴的左边为几乎零概率（0.001），右边为1。
△ 夸克和胶子实验结果。（图片来源：A.Bazilevsky）
Van Hecke 说：对他来说灵感纯粹源自于它们的形状。不过 van Hecke 创造的作品目前都是基于重离子物理学、基本粒子物理学和中微子等，并没有将这一爱好延伸到其他学科，或许在天文学和生物学领域也能够创造出更多的精美作品。
在 van Hecke 的个人主页上，还放有许多其他彩绘玻璃作品。比如以下这些：
（图片来源：Hubert van Hecke）
Van Hecke的这些作品还没有公开展示，但如果未来有机会，他要将这些图的背后所描述的物理现象都包含进去，如中微子、标准模型等等，可以作为科学传播的一种独特方式。但在此之前，他需要先创造出更多的彩色玻璃窗。在两个月前，他已进入半退休状态，只是常常还会去费米实验室，帮助其他研究人员使用阿贡国家实验室的SeaQuest实验来搜寻暗光子。他希望以后能创造出更多和标准模型、无中微子双β衰变以及暗物质的相互作用相关的彩色玻璃。
编译：不二北斗
图片来源：Hubert van Hecke
参考链接：
http://users.hubwest.com/hubert/projects/art/index.html
http://www.symmetrymagazine.org/article/turning-plots-into-stained-glass
本文转载自《原理》微信公众号
4. 光子的帽子戏法
6. 催化产氢新进展：利用原子级分散的铂—碳化钼催化剂低温高效产氢
8. 给宇宙做仿真
9. 硬X射线调制望远镜——中国第一颗X射线天文卫星 ||专访 卢方军 张双南
10. 黑板的力量
END
更多精彩文章，请关注微信号：cpsjournals