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强子对撞机启动探宇宙起源之谜

扬子晚报

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大型强子对撞机部件。
在强子对撞机控制中心,项目主任埃万斯(右一)与在场的科学家交谈。意义 寻找未显形的“上帝粒子”

砸在牛顿头上的苹果开启了一位科学伟人的思想宝库,也开启了一个人类认知自然的崭新时代。10日启动的欧洲大型强子对撞机有望在电光石火的粒子碰撞中,撞出若干启发人类攀上认知自然新高峰的“金苹果”。

求证希格斯玻色子是否存在

其中最值得期待的,当属苦寻多年依旧无处觅芳踪的希格斯玻色子。这一被誉为粒子物理学“圣杯”的粒子,能够完美解释物质质量之源,进而完美地支撑起整个“标准模型”的理论大厦。大型强子对撞机是迄今最强大的加速器,它将人类发现希格斯玻色子的期望激发至最高。如果最后实验成功,科学家将分析撞击中产生的数百万粒子,求证希格斯玻色子的存在。

在粒子物理学标准模型预言的62种基本粒子中,只有希格斯玻色子迄今仍未“显形”,因此有“上帝粒子”之称。这种粒子44年前据英国物理学家希格斯猜想提出,据信是物质质量之源以及电子和夸克等形成质量的基础。希格斯提出,其他粒子在希格斯玻色子构成的“海洋”中游弋,受它的作用产生惯性,最终有了质量。如果没有质量,宇宙大爆炸后产生的物质无法形成星云和行星,生命起源更无从谈起。

将揭秘自然和物质本质

大型强子对撞机项目主任林恩·埃万斯说,大型强子对撞机的启动将引导世界粒子物理研究方向。

大型强子对撞机正式启动质子束流碰撞后每秒将发生约6亿次的粒子碰撞。尽管目前尚无法预知这将会造就什么样的新发现,但其数据分析结果无疑将有助于回答一些涉及自然和物质本质的基本问题,包括物质质量的来源、各种作用力的统一、暗物质的本性、是否存在其他维度等。由此带来的任何一项科学新发现,都弥足珍贵,足以成为一个个揭秘自然的“金苹果”。

实际上,大型强子对撞机本身就是人类科研史上的“金苹果”。该项目的完成,在国际上磨合形成了一个全新的大科学、大合作的体制,对其实验数据的分析还将形成科研成果大分享的局面,这无疑将成为人类集中力量攻克科技难题的一大盛举。

质疑 霍金打赌找不到“上帝粒子”

不过,希格斯玻色子是在假设的前提下出场的,它能否被大型强子对撞机发现以及是否存在迄今依然未知。英国著名物理学家斯蒂芬·霍金9日就拿出100美元打赌说,大型强子对撞机不会帮助人类找到有“上帝粒子”之称的希格斯玻色子。

尽管如此,对霍金而言,大型强子对撞机极有可能为他带来一枚“金苹果”,即验证他有关黑洞蒸发的理论。霍金说,虽然他认为大型强子对撞机造出黑洞的可能性小于百分之一,“但如果真的能造出黑洞进而验证我的相关理论预言,无疑我将获得诺贝尔奖”。

与此同时,霍金说,对撞实验可能印证科学家先前提出的“超对称理论”和“弦理论”,而且“不管大型强子对撞机是否有所发现,结果都会告诉我们关于宇宙构造的许多知识”。

名词解释

1、粒子加速器 粒子加速器是一种用人工方法产生快速带电粒子束的装置。它利用一定形态的电磁场将电子、质子或重离子等带电粒子加速,能提供速度甚至接近光速的各种高能量的带电粒子束,是人们改变原子核和基本粒子、认识物质深层结构的重要工具。

2、粒子对撞机 粒子对撞机是在高能同步加速器基础上发展起来的一种装置,主要作用是积累并加速相继由前级加速器注入的两束粒子流,到一定强度及能量时使其进行对撞,以产生足够高的反应能量。

3、强子 强子是一种亚原子粒子,所有受到强相互作用影响的亚原子粒子都被称为强子。

4、标准模型 标准模型是一套描述强作用力、弱作用力、电磁力这3种基本力以及组成所有物质的基本粒子的理论。迄今,几乎所有对这3种力的实验结果都符合这套理论的预测,但标准模型并非万有理论,因为它并没有描述引力。标准模型还有个致命缺陷,那就是无法解释物质质量的来源。

5、希格斯玻色子 大型强子对撞机的重要任务之一是帮助科学家寻找标准模型中最后一种未被发现的基本粒子——希格斯玻色子。为了修补标准模型理论大厦的缺陷,英国科学家彼得·希格斯提出了希格斯场的存在,并进而预言了希格斯玻色子的存在。假设出的希格斯玻色子是物质的质量之源,其他粒子在希格斯玻色子构成的“海洋”中游弋,受其作用而产生惯性,最终才有了质量。标准模型预言了62种基本粒子的存在,其他粒子基本都已被实验证实,唯有希格斯玻色子仍未现身。

大型强子对撞机创下多个纪录

1、世界上最大机器 “大型强子对撞机(LHC)”不仅是世界上最大的粒子加速器,而且也是世界上最大的机器。它位于瑞士、法国边境地区的地下100米深的环形隧道中,隧道全长26.659公里。

2、地球上最快“轨道” 如果“开足马力”,数以百万计的粒子将在环形隧道内以每秒11245圈的速度“狂飙”,相当于光速的大约99.99%。

3、太阳系中最“空旷”场所 为避免粒子流与气体分子发生碰撞,粒子流在超高真空的“通道”内运行,其间如同星际空间一样“空旷”,气压仅为10的负13次方个标准大气压,相当于月球大气压的大约十分之一。

4、最热与最冷机器 大型强子对撞机是个既极端热又极端冷的机器。两束粒子流对撞时,碰撞点产生极端高温,可达到太阳中心温度的10万倍。而与之形成鲜明对比的是,由于采用超流体氦冷却等手段,对撞机中粒子运行的加速腔运行时的温度为零下271.3摄氏度,比遥远的太空还冷。

5、全球功能最强超级计算机系统 大型强子对撞机的每一项大型实验一年所获数据都可以刻满十万张双层DVD。为分析这些数据,世界各地数以千计科学家参与之下,数万台计算机借助分布式计算网络联合运行,构成全球运算功能最强的超级计算机系统。

新华社 中国日报 供稿

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