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新手已上路木蟲 (職業(yè)作家)
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比上帝粒子還神秘，大型強子對撞機有了新發(fā)現(xiàn)
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據(jù)英國廣播公司(BBC)網(wǎng)站報道，人們想要知道，就在去年高調(diào)重啟之后，作為世界上最強大的機器，大型強子對撞機(LHC)有沒有發(fā)現(xiàn)什么新的粒子？ 或許在你的感覺里，好像自從2015年4月份這臺超級設(shè)備宣布完成技術(shù)升級并重新啟動以來的確消息不多，但事實并非如此。來自世界各地的物理學(xué)家們正在抓緊時間分析由這臺世界上最強大的粒子加速器所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，升級之后的大型強子對撞機相比以前擁有了更加無與倫比的能級和強度。 大型強子對撞機位置與結(jié)構(gòu)示意圖 不明信號 科學(xué)家們所作的所有這些努力可能并不會白費，因為就在瑞士日內(nèi)瓦的歐洲核子中心(CERN)辦公室和走廊里，這里的氣氛正越來越多地被興奮的情緒所籠罩，人們在熱烈討論著關(guān)于在大型強子對撞機的粒子對撞數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的一個不明信號。 大型強子對撞機將兩束質(zhì)子流進(jìn)行高速對撞，隨后科學(xué)家們在撞擊產(chǎn)生的“粒子碎屑”中搜尋有無未知的粒子種類。 就在去年，在數(shù)以萬億計的此類對撞案例中，科學(xué)家們注意到期間產(chǎn)生的光子數(shù)量比理論計算地數(shù)量更多，用物理學(xué)家們的話來說，就是出現(xiàn)了一個“峰”。如果說的更加具體一些，那就是，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)總質(zhì)量為750 GeV的光子對的數(shù)量偏多了。 這可能暗示著存在一種新的，未知的大質(zhì)量粒子，其質(zhì)量要比CERN在2012年發(fā)現(xiàn)的希格斯-玻色子大出6倍。 如果能夠證明科學(xué)家們的確發(fā)現(xiàn)了一種新的粒子，這將是一件極其令人興奮的消息，因為目前為主流科學(xué)界所廣泛接受的粒子物理學(xué)基礎(chǔ)理論，也就是著名的“標(biāo)準(zhǔn)模型”并無法解釋我們在周圍的世界里所目睹的一切現(xiàn)象。 比如說，標(biāo)準(zhǔn)模型中找不到關(guān)于暗物質(zhì)的解釋，這種神秘物質(zhì)構(gòu)成了我們所處宇宙的24%。因此，歐洲核子中心的科學(xué)界們一直在致力于探尋那些可能會將我們引向?qū)τ钪娓铄湔J(rèn)識的新的物理現(xiàn)象。 自從2008年9月投入運作以來，不斷有疑似信號出現(xiàn)然后再被否定。這樣的數(shù)據(jù)誤差是預(yù)期之內(nèi)的，并且在通常情況下，隨著越來越多后續(xù)數(shù)據(jù)的涌入，這樣的疑似信號很快就會消失。 大型強子對撞機安裝的另外一臺探測器ATLAS。這臺探測器與另外一臺探測器CMS都檢測到了750 GeV的信號，引發(fā)人們的各種想象 還無法斷言 英國曼徹斯特大學(xué)粒子物理學(xué)主管史蒂芬?索德納-雷姆邦德(Stefan S?ldner-Rembold)教授指出：“我們需要更多數(shù)據(jù)來確認(rèn)這個信號不會逐漸消失，而在那之前我們必須非常謹(jǐn)慎。人們現(xiàn)在之所以興奮，是因為兩臺探測器(Atlas和CMS)的數(shù)據(jù)中都出現(xiàn)了這個信號，并且位置也幾乎一樣。但即便如此，我們?nèi)匀贿�不能下定論�！� 在粒子物理學(xué)上，宣布一項新發(fā)現(xiàn)是有統(tǒng)計學(xué)門檻的，也就是人們所說的“5個西格瑪”。這一標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的統(tǒng)計學(xué)意義是：某一信號是假信號的可能性低于350萬分之一，這一幾率大致相當(dāng)于你投擲22次硬幣，其中連續(xù)21次都是同一面朝上。 目前，針對這一異常情況，在論文預(yù)印本網(wǎng)站Arxiv上已經(jīng)有科學(xué)家上傳了一些論文試圖進(jìn)行解釋。不過，就在過去的幾個星期內(nèi)，有傳言稱隨著更多數(shù)據(jù)得到分析，這一異常信號正出現(xiàn)消退的跡象。 等到今年夏末，大型強子對撞機實驗組計劃在美國芝加哥召開的一次會議上發(fā)布最新結(jié)果，其中將包含比現(xiàn)在多得多的數(shù)據(jù)。實際上，根據(jù)歐洲核子中心的消息稱，大型強子對撞機在2016年內(nèi)采集的數(shù)據(jù)量目前已經(jīng)超過了2015年全年的數(shù)據(jù)量。 因此，接下來的數(shù)周時間對于判斷這個750 GeV信號是否的確是真實信號至關(guān)重要，或許它只是一個假信號？目前不能排除這一可能性。 不過，如果這的確是真實信號，那么我們實際上已經(jīng)對它的某些基本性質(zhì)已經(jīng)有了一些了解。比如說，如果這種粒子的確存在，那么我們知道它會衰變?yōu)閮蓚�光子，另外，它的粒子自旋數(shù)一定是0或者2。在物理學(xué)中，粒子自旋是基本粒子所具備的量子特性之一，這種性質(zhì)具有很多重要的實用意義，比如應(yīng)用于核磁共振成像技術(shù)(MRI)。 如果這種粒子的自旋為0，就像希格斯-玻色子，那么它就有可能是2012年發(fā)現(xiàn)的這種被稱作“上帝粒子”的神秘粒子的近親，只是質(zhì)量更大一些。 而另外一種可能性，如果這個粒子的自旋數(shù)為2，那么這就容易讓人聯(lián)想到引力子，這是一種目前還純粹停留在理論層面上的粒子類型，它賦予物質(zhì)第四種力的作用，那就是引力。引力是物理學(xué)中的一個大謎團，目前仍然無法在標(biāo)準(zhǔn)模型中找到相應(yīng)的解釋。 但一些物理學(xué)家對于使用引力子概念來解釋引力持有懷疑態(tài)度，并傾向于尋找其他方式對自然界的這第四種基本力進(jìn)行解釋。 在數(shù)以萬億計的此類對撞案例中，科學(xué)家們注意到光子數(shù)量比理論計算地數(shù)量更多，用物理學(xué)家們的話來說，就是出現(xiàn)了一個“峰”。如果說的更加具體一些，那就是，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)總質(zhì)量為750 GeV的光子對的數(shù)量偏多了 超對稱理論的死刑？ 很多在大型強子對撞機工程工作的物理學(xué)家長期以來致力于對一種較為主流的，被稱作“超對稱”的理論進(jìn)行探索。該理論認(rèn)為那些存在于標(biāo)準(zhǔn)模型中的粒子類型應(yīng)該都擁有一個對稱的粒子，只是目前還尚未被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)這一理論，希格斯粒子(Higgs)的超對稱粒子被稱作“Higgsino”，膠子(gluon)的超對稱粒子被稱作“gluino”，以此類推。 但不管這個750 GeV的信號究竟是什么，物理學(xué)家們相當(dāng)確信的是，它應(yīng)該不會是首個被發(fā)現(xiàn)的超對稱粒子。索德納-雷姆邦德教授指出：“發(fā)現(xiàn)某種現(xiàn)有物理學(xué)理論無法解釋的東西是非常令人興奮的，因為這就意味著存在著某種尚未被理解的基本理論�！� 如果這一信號最終被認(rèn)為為一種新粒子的發(fā)現(xiàn)，那么它將不會是孤立的。 索德納-雷姆邦德教授表示：“在理想情況下，如果這一信號最終被證實，那么其他新的粒子也有可能以類似的方式被識別出來�！� 超過1000枚偶極磁鐵將兩束粒子流加速到接近光速的速度并實現(xiàn)對撞 到目前為止在大型強子對撞機項目中還尚未發(fā)現(xiàn)任何超對稱現(xiàn)象存在的跡象，這一結(jié)果已經(jīng)導(dǎo)致該理論的某些簡化版本被排除，其余版本也正面臨著巨大壓力，甚至很多人認(rèn)為整個超對稱理論都正面臨著生死分界。不過，也有物理學(xué)家們指出，大型強子對撞機到目前為止所作的探索還遠(yuǎn)沒有到能夠徹底排除超對稱理論可能性的地步，還需要未來進(jìn)一步的研究。 索德納-雷姆邦德教授指出：“超對稱并非人們突發(fā)奇想得出來的，它能夠?qū)?biāo)準(zhǔn)模型中一些無法解決的問題給出合理解釋�！币虼�，他認(rèn)為我們當(dāng)前還不能草率地拋棄超對稱理論。 但不管這個750 GeV的信號最終被證實或者排除，科學(xué)家們都強調(diào)指出，大型強子對撞機是一個長期項目，在未來數(shù)十年內(nèi)都將繼續(xù)開展探索工作。 盡管當(dāng)初找到希格斯-玻色子的工作相對順利，很快就有了結(jié)果，但這并非常態(tài)，并非每年都能出現(xiàn)這樣重大的進(jìn)展。或許我們應(yīng)該接受這樣一種現(xiàn)實，那就是宇宙還不打算這么快就向我們展示自己全部的秘密。 |
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