霍金称超对称将是下一个宇宙粒子物理大发现,

2019-11-29 16:02栏目:数理科学
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据国外媒体报道,英国著名物理学家斯蒂芬·霍金近日在伦敦科学家博物馆展上认为如果希格斯玻色子没有被发现,那么物理学奖变得更加有趣,事实上希格斯玻色子被认为是一项粒子物理学界的重大发现,科学家在长达数十年的时间内一直没有捕捉到神秘莫测的希格斯玻色子,作为基本粒子的一种,该粒子的发现解释了为什么其他粒子具有质量,因此也被称为“上帝粒子”,是标准模型的重要一环,2012年7月,位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心物理实验室内,大型强子对撞机发现了疑似希格斯玻色子的信号,这样粒子物理标准模型的最后拼图就很明朗了。

正规棋牌游戏平台 ,据国外媒体报道,2012年,希格斯玻色子的发现令整个科学界欢呼不已。在粒子物理学的标准模型中,希格斯玻色子是其他粒子质量的来源。它的发现,是欧洲核子研究中心大型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC)最令人瞩目的成就,也是对这座世界最大粒子加速器的最好认可。近日有科学家称,我们完全有足够的理由期待,大型强子对撞机能在未来几年内带来更加伟大的发现,或许能解开历史上最重要的一个谜题。

2013年的诺贝尔物理学奖颁发给弗朗索瓦·恩格勒特和彼得·希格斯,他们在1964年开始研究粒子质量理论,为希格斯玻色子的发现奠定了基础,作为希格斯玻色子的发现“功臣”,大型强子对撞机是世界上最大的粒子加速器之一,拥有超环面仪、紧凑μ子线圈、大型离子对撞机实验等关键组成部分,对撞机加速隧道长达27公里,位于地下50至150米之间。如果我们没有发现希格斯玻色子,物理学家们可能会考虑另一些主流的观点,这样物理学会变得更加有趣。

▲莫妮卡·邓福德博士一直在瑞士的欧洲核子研究中心从事研究工作,直到2013年。他直接参与了2012年希格斯玻色子的探测项目。欧洲核子中心的大型强子对撞机埋在法国与瑞士边界一个长度为27公里的地下管道中,位于侏罗山脉脚下。

斯蒂芬·霍金曾经与密歇根大学的戈登·凯恩打赌,称希格斯玻色子不会被发现,但事实上我们发现了希格斯玻色子,因此霍金输了100美元,此外,在本次伦敦科学博物馆举行的开幕庆祝活动上,霍金还讨论了一些关于大型强子对撞机的发现,希望欧洲核子研究中心科学家对新的物理现象进行探测,比如超对称粒子,科学家认为超对称粒子可能与暗物质有关,如果我们发现超对称粒子,将再次改变我们对宇宙的认识。

▲“我最感兴趣的事情之一是创造和发现暗物质,”莫妮卡·邓福德博士说,“从对宇宙的测量中我们知道,宇宙的25%是暗物质,但我们根本不知道暗物质是什么。”这是一张对宇宙中暗物质的想象图

▲莫妮卡·邓福德博士原本来自美国加利福尼亚州,如今是德国海德堡大学的研究人员。直到2013年之前,她都在瑞士的欧洲核子研究中心工作,是广受好评的纪录片《粒子狂热》中描述的六位科学家之一。

▲寻找希格斯玻色子是大型强子对撞机的最初目标之一,因此越接近发现的时刻,欧洲核子研究中心的气氛就越紧张。上图描绘的是紧凑μ子线圈(Compact Muon Solenoid,CMS)实验中的质子碰撞,用来探寻希格斯玻色子。

▲20世纪60年代,英国物理学家彼得·希格斯博士将希格斯玻色子理论推进了一大步。这种粒子被描述为标准模型中“缺失的一块”。

▲在探寻希格斯玻色子的过程中,包括斯蒂芬·霍金在内的一些科学家,实际上是支持不要发现发现这种粒子。2013年,有报道援引霍金的讲话称,如果希格斯玻色子没有被发现,那事情就会变得“更加有趣得多”,因为这将使新宇宙理论的出现成为可能。

莫妮卡·邓福德博士来自美国加利福尼亚州,现在是德国海德堡大学的研究人员。直到2013年之前,她都在瑞士的欧洲核子研究中心工作。她是广受好评的纪录片《粒子狂热》中描述的六位科学家之一。该纪录片记述了2008年在欧洲核子研究中心利用大型强子对撞机进行的第一轮实验,正是这些实验催生了2012年希格斯玻色子的发现。

发现希格斯玻色子是大型强子对撞机的最初目标之一,但属于LHC最重要的时刻或许正要来临。“我最感兴趣的事情之一是创造和发现暗物质,”莫妮卡·邓福德博士说,“从对宇宙的测量中我们知道,宇宙的25%是暗物质,但我们根本不知道暗物质是什么。如此巨大的一部分,你却完全不知道是由什么组成的。我们或许能通过衰变产物制造出一种暗物质的候选粒子。如果能在LHC中把它制造出来,那就将在天文学测量和实验室产物之间建立起极大的联系。”

对于这是否将是LHC迄今为止最为重要的发现,她说:“我个人认为是的。这将是一个比希格斯玻色子更为伟大的发现。对于希格斯玻色子,我们已经有了非常坚实的理论预测基础;但对于暗物质,我们并不知道它会是什么样子。”

她补充说:“我们已知的粒子中没有能够解释暗物质的,更不用说暗能量了。所以,如果我们能直接在LHC中制造出暗物质粒子,那将是我们了解宇宙组成道路上的一大步。”

莫妮卡·邓福德博士于2006年来到欧洲核子研究中心,参与了这一世界最大粒子加速器的最初建立和发展。“一开始我们在建造探测器,”她说,“当时真是很棒,虽然压力很大,但感觉很好。我们的核心团队大概有几百人,日夜工作。”

在经历了最初阶段之后,研究团队开始对探测器获得的数据进行分析,相比之下这些工作就没那么有趣了。“一开始,在希格斯玻色子还没有被发现的时候,我们的工作压力很大,”莫妮卡·邓福德博士接着说,“我们有着一大堆的数据,人们常常在问‘它在那里吗?我们能看到它吗?’到了宣布结果的2012年,这种压力达到了白热化。我觉得,在我的职业生涯中肯定不会再有第二次这样的时刻了。”

希格斯玻色子的发现不仅是物理学的重大突破,而且也是对耗资91亿美元建设和维持大型强子对撞机的回报。然而,当时包括斯蒂芬·霍金在内的一些科学家,实际上是支持不要发现这种粒子的。

2013年,有报道援引霍金的讲话称,如果希格斯玻色子没有被发现,那事情就会变得“更加有趣得多”,因为这将使新宇宙理论的出现成为可能。莫妮卡·邓福德博士对此表示,即使没有发现希格斯玻色子,物理学也会同样有趣。“自然就是自然,”她说,“我们在努力揭开它的奥秘。我们认为希格斯玻色子存在,但如果自然界中存在不同的东西,那可能反而更好。我们就要重新回到绘图板之前。但这并不能称之为失败,没有看到任何东西也同样令人振奋,只是对于理论研究的同事们来说,这意味着更多的工作。”

目前,我们还不知道大型强子对撞机发现暗物质的概率能有多大。许多理论,特别是标准模型都预测了暗物质的存在。如果大型强子对撞机无法发现它,那我们可能还需要建造更大的仪器。

2015年,LHC中两个质子束对撞的能量将增加为原来的两倍,达到13TeV,这在粒子加速器中是空前的。莫妮卡·邓福德博士称,这将为发现新粒子带来“极大的潜力”,特别是对暗物质的探索,甚至是其他我们目前还未知的粒子。无论未来如何,LHC已经证明了国际合作能带来多么伟大的成就。欧洲核子研究中心是一个非常国际化的组织,科研人员为了同样的目标在努力工作。莫妮卡·邓福德博士希望,随着媒体的关注度不断提高,公众能切实感受到到基础物理学的重要性。

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