大型强子对撞机十年:故事还未结束 寻找新物理学

  • 时间:
  • 浏览:8
  • 来源:大发棋牌电玩城_大发棋牌有没有假_大发棋牌手机版下载

  大型强子对撞机是世界上最大的粒子加速器设施,主要累积是地处法国和瑞士边界地下长度达27公里的圆形隧道。

  大型强子对撞机的最大成就之一便是希格斯玻色子的发现。上图是希格斯场的想象图。希格斯场充斥着宇宙,当基本粒子与其相互作用时,就被赋予了质量。

  新浪科技讯 北京时间1月2日消息,据国外媒体报道,早在60 8年,世界上最强大的粒子加速器——大型强子对撞机(LHC)——射出了第一道质子束。十年完后 的今天,或许当让让我们 应该好好评估一下从这种庞大设施中获取的成果,以及它未来的发展方向。

  对LHC的评估包括未来原困进行的研究,以及原困建造的新实验设施,在其组织组织结构碰撞的粒子能达到远高于LHC的能量。目前原困原困有有一种或有一种原困的LHC替代方案。那末 ,已经 当让让我们 盘点一下十年来所达到的成就,以及未来的目标。

  LHC的故事既令人振奋又一波三折。在运行的最初几天里,这台仪器的巨大磁铁地处了灾难性的损坏;已经 ,它从这场悲剧中凤凰涅槃,获得了一点激动人心且颇有说服力的发现,包括希格斯玻色子的发现。英国理论物理学家彼得·希格斯(Peter Higgs)和比利时物理学家弗朗索瓦·恩格勒(Francois Englert)原困这种发现而获得了诺贝尔奖,当让让我们 在半个多世纪完后 就预言了这种粒子的地处。让全世界的新闻媒体都报道粒子物理学的新闻是很不可思议的,但希格斯玻色子的发现做到了这种点。

  寻找新物理学

  物理学家同样既紧张又兴奋,都有 停留当让让我们 希望得到的意外发现。在将近半个世纪的时间里,科学家原困对亚原子物质有了目前主流的理论理解。这种理解被称为粒子物理学的标准模型。

  该模型解释了物理学家观察到的常规物质分子和原子——甚至迄今为止观察到的最小的已知构件——的行为。哪些地方地方粒子被称为夸克和轻子,其中夸克地处于质子和心子组织组织结构,而质子和心子构成了原子核;电子则是最常见的轻子。标准模型还解释了除引力之外所有已知力的行为。这是相当了不起的科学成就。

  然而,标准模型从都还可不可不可以 解释理论物理学中的一切。它都还可不可不可以 解释夸克和轻子为哪些地方似乎能地处于已经 不同的,但几乎相同的类别中。这种分类称为“代”(generation),为哪些地方是三代,都有 二代或四代,或20代?标准模型已经 能解释为哪些地方当让让我们 的宇宙全版由物质组成,对爱因斯坦的相对论最简单的理解原困指出,宇宙中应该暗含等量的反物质。

  标准模型都还可不可不可以 解释为哪些地方对宇宙的研究表明,由原子组成的常规物质只占宇宙物质和能量的5%,其余累积被认为由暗物质和暗能量组成。暗物质是有一种只受到引力,而不受到一点基本相互作用影响的物质形式,而暗能量是有一种充斥宇宙的排斥性引力形式。

  在LHC的首次运行完后 ,一点物理学家希望通过对原子的轰击,可不都要帮助解答哪些地方地方令人费解的疑问。处置哪些地方地方疑问时最常被引用的理论是超对称。该理论指出,所有已知亚原子粒子都具有对应的“超对称”粒子。哪些地方地方粒子反过来可不都要为暗物质和一点疑疑问供解释。然而,物理学家还未发现任何超对称的证据。更重要的是,LHC的数据原困排除了哪些地方地方暗含超对称性的最简单理论。那末 ,LHC取得了哪些地方成果?

  硕果累累的LHC

  除了希格斯玻色子外,LHC还为已经 大型实验战略战略合作项目提供了少量数据,产生了超过60 0篇科学论文。在LHC组织组织结构,粒子以高于费米实验室兆电子伏特加速器(Tevatron,又称为正负质子对撞机)6.5倍的能量相互碰撞。在此完后 ,兆电子伏特加速器曾是世界上运行能量最高的粒子对撞机,而在保持了25年完后 ,LHC终于取而代之。

  对标准模型的试验具有重要意义。任何已经 测量结果都原困与预测不吻合,而这就原困带来新的发现。然而,试验的结果显示,标准模型是已经 非常好的理论,它可不都要对LHC的碰撞能量做出准确的预测,就像此前对兆电子伏特加速器所做的预测一样。

  那末 ,这是已经 疑问吗?非常认真地说,答案是是否是定的。毕竟,科学家更多的是试验并拒绝错误的新想法,而确认正确的观点也同样重要。

  一点人面,都还可不可不可以 宣告,科学家在发现此前未曾预计会老出的新疑问都有更加兴奋。这种发现推动了人类的知识发展,最终甚至原困改写教科书。

  故事还未刚开使

  那末 ,现在是哪些地方情况报告?LHC原困不知道们全版的故事了吗?从都还可不可不可以 那末 说。事实上,研究人员期待着对设备的改进,这将促使当让让我们 研究以目前技术还无法处置的疑问。LHC在2018年12月初关闭,接下来两年将进行改造和升级。2021年春,当这台加速器恢复运行时,着实能量已经 略有提升,但每秒的撞击次数将加倍。考虑到未来计划中的升级,LHC的科学家目前仅记录了3%的预期数据。着实筛选所有试验结果都要一点年时间,但目前的计划是记录比迄今为止所记录数据多60 倍的数据。随着那末 少量的数据陆续老出,LHC还有已经 故事可不都要讲述。

  着实LHC原困还将运行20年,但现在也可不都要很合情合理地提问:“下一步是哪些地方?”粒子物理学家正在考虑建造已经 后续的粒子加速器来取代LHC。作为LHC的延续,已经 原困性是以令人难以置信的能量——60 TeV,远高于LHC设计最高的14TeV——使质子碰撞。不过,达到那末 惊人的能量都要做到两件事:首先,当让让我们 都要建造效率更大的磁体,要比LHC用来推动粒子的磁体强大两倍,这种点很有挑战性,而且应该可不都要实现;其次,当让让我们 都要建造另十根隧道,与LHC的隧道这种,但通道大3倍以上,其圆形隧道周长接近60 公里,共也不LHC隧道的4倍。

  而且,这条庞大的隧道将在哪里建造呢,它究竟会是哪些地方样?哪些地方地方粒子束会以如可的能量碰撞?哪些地方地方都有 很好的疑问。目前的设计和决策过程还无法给出答案,但有已经 非常庞大而且成就很高的物理学家群体正在思考哪些地方地方疑问,当让让我们 所村里人 提出了新加速器的设想。其中已经 主要由欧洲的研究小组提出的方案是,希望建造已经 已经 大型的加速器,地点很原困地处日内瓦郊外的欧洲核子中心(CERN)实验室。

  研究人员的已经 想法是,这种新加速器将使一束电子和反物质电子碰撞。原困质子束和电子束在加速时的差异——电子束会在圆形特性中比质子束抛妻弃子更多的能量——这束电子将使用约98公里的隧道,而且会以比使用质子束时更低的能量。已经 建议是,还是用同样的98公里隧道来碰撞质子束。已经 折中的建议是重新启用目前LHC的隧道,但使用更强大的磁体。这种选项着实已经 让LHC目前能达到的碰撞能量加倍,但却是有一种成本较低的替代方案。

  另外已经 方案主要由中国科学家倡导,即建立已经 全新的设施,地点原困在中国。这种加速器的隧道周长也将在98公里左右,而它将进行电子和反物质电子的碰撞,到2040年再转变为进行质子-质子碰撞。

  目前这已经 潜在方案还地处讨论阶段。最终,提出哪些地方地方方案的科学家都要找到愿意为此提供资金支持的政府或团体。在此完后 ,科学家还都要选取建立新设施所都要的能力和技术。已经 物理学家群体最近都发布了广泛和全版的文字材料,阐述了当让让我们 的设计。哪些地方地方还缺乏以实现当让让我们 的设想,但原困足以比较未来预计的实验成果,才能刚开使整合出可靠的成本预测。

  研究前沿知识是一项艰巨的任务,从梦想建造那末 大规模的设施,到设施的最终关闭,其间原困要经历数十年。在当让让我们 纪念LHC第一束粒子撞击十周年之际,回顾成就并展望未来是很有必要的。随着技术发展,下一代科学家原困有更多的数据来获得更激动人心的发现,当让让我们 也将揭开大自然更多的迷人奥秘。(任天)