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高新区外国语学校 2011级5班的博客

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CERN寻找“上帝粒子”或揭宇宙三大谜团  

2012-09-06 22:52:24|  分类: 教育 |  标签: |举报 |字号 订阅

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2012-09-04 09:39:18| 分类  字号大中小 订阅



来自美国爱荷华州立大学的十位物理学家近日在一篇论文上描述了超导环场探测器在大型强子对撞机寻找希格斯玻色子项目中如何探测到新的未知粒子,从希格斯玻色子开始,物理学或将开启一个新的时代。

来源:腾讯科学


超导环场探测器(ATLAS)的对撞数据图像

  据国外媒体报道,来自美国爱荷华州立大学的十位物理学家近日在一篇论文上描述了超导环场探测器(ATLAS)在大型强子对撞机寻找希格斯玻色子项目中如何探测到新的未知粒子,从希格斯玻色子开始,物理学或将开启一个新的时代。爱荷华州立大学的顶尖物理学家有些工作于欧洲核子研究中心及其超导环场探测器,很明显在这份研究报告中他们显得相当自豪,毕竟很少有人预计自2009年11月大型强子对撞机重新启动的三年后我们发现了与理论上希格斯玻色子行为最为相符的新粒子。

欧洲核子研究中心寻找“上帝粒子”或揭宇宙三大谜团 - 科学探索 - 科学探索

大型强子对撞机超导环场探测器与紧凑μ子线圈

  图中描述的是来自大型强子对撞机超导环场探测器的数据图像,绿色的线条显示了电子轨道,而一个夸克和一个反夸克组成的介子轨道则显示为红色,它们要比电子重一些。本张图像来自2012年6月18日欧洲核子研究中心超导环场探测器质子-质子对撞过程。物理学家们认为该事件即是我们长期以来寻找到希格斯玻色子的证据。

  欧洲核子研究中心(CERN)位于瑞士日内瓦西部梅汉地区,与法国边境接壤,在发现与希格斯玻色子特征极为符合的新粒子后,该研究中心的科学家认为未来的发现可能会更加令人兴奋。物理学和天文学教授吉姆·科克伦(Jim Cochran)认为如果我们发现了希格斯玻色子,最令人失望的结果也会变成相当令人兴奋的,我们希望将要发现的新物理事件超出了标准模型,这很明显意味着是一个绝对巨大的发现。

超导环场探测器正在进行质子-质子对撞实验

  而另一位物理学和天文学教授索伦·普雷尔(Soeren Prell)认为粒子物理的标准模型以及告诉物理学家们很多关于希格斯玻色子的信息,根据亚原子粒子理论,宇宙中的希格斯场中基本粒子之间相互作用而获得了质量,基本粒子通过希格斯机制控制下的场变成了具有质量的粒子,该过程中也会产生希格斯玻色子。粒子物理的标准模型以及基本粒子间的相互作用显得比较清晰,但这并没有告诉物理学家们希格斯玻色子的质量,该粒子是一种被喻为“上帝粒子”不带电荷、具有质量的新粒子。

超导环场探测器作为大型强子对撞机的子实验

  根据大型强子对撞机超导环场探测器的对撞结果,科学家们解释了一个新的粒子出现在126.0 GeV/c2质量点上,标准差为5.9。研究论文中提到该粒子符合标准模型关于希格斯玻色子的产生和衰变机制,物理学和天文学教授索伦·普雷尔认为将来我们还有很多研究需要继续,确定物理学家们发现了什么,如果该粒子确实是希格斯玻色子,那么物理学家们还是需要收集更多的数据和进行更多的对撞研究,以最终确定该粒子的精确质量以及掌握它的其他属性。

  根据物理学和天文学助理教授陈春晖(Chunhui Chen)介绍:“我们想要强调的是发现与标准模型中性质极为符合的新粒子(希格斯玻色子)是一项巨大的成就,但同时我们也希望在未来的对撞机实验过程中发现更多有趣的东西。”比如未来欧洲核子研究中心大型强子对撞机实验将试图解释主宰早期宇宙中的反物质之谜,反质子减速器(AD)就是研究反质子的物理特性以及形成反物质的行为;构成当今宇宙84%的神秘暗物质,这些看不见的物质只会在引力场效应中得以察觉到,我们无法通过电磁波进行探测其是否存在;揭开引力为什么如此脆弱的问题。

超导环场探测器是大型强子对撞机七大实验探测器之一

  根据一位已经退休的物理学和天文学研究人员W.托马斯·迈尔(W. Thomas Meyer)介绍:“大型强子对撞机对粒子物理以及宇宙演化问题的研究可能真的会陷入科幻小说中,比如隐藏的维度,第四代夸克和轻子等。”科学家认为未来十年至二十年高能物理将会出现非常令人兴奋的结果。在2009年大型强子对撞机进行维修以及年度测试后,物理学家和工程师们升级了大型强子对撞机,使得在2010年3月首次进行的粒子对撞实验中每束碰撞质子达到了7 兆电子伏特(TeV),在2014年末和2015年初的时间内,爱荷华州立大学的研究人员期望有更多的机会开启新的物理学进程。

从内部看重达7000吨的超导环场探测器

  索伦·普雷尔教授认为我们花更多的精力用于在对撞实验中发现新的物理事件,这要比仅仅在相同能量水平上收集更多的数据要好很多。正如爱因斯坦发现的质能方程,更多的能量更同于对撞过程中质量较大的粒子,如果仅仅在同一能量上收集数据,那么我们将错过对新粒子的发现。

  随着粒子物理中对撞机的能量越来越高,爱荷华州立大学的顶尖物理学家们将继续为大型强子对撞机的发现实验做贡献,物理学和天文学教授吉姆·科克伦将协助管理超导环场探测器实验,索伦·普雷尔教授将负责超导环场探测器最内层的硅像素探测器的软件维护,物理学和天文学助理教授陈春晖位于美国能源部下属的伊利诺伊州阿贡国家实验室开发新的技术来寻找新物理学。

2011年12月超导环场探测器寻找希格斯玻色子的数据结果

  物理学和天文学研究人员W.托马斯·迈尔主要进行演讲和解释大型强子对撞机中的高能物理原理,另一位爱荷华州大学物理学和天文学教授艾利·罗森伯格(Eli Rosenberg)与欧洲核子研究中心超导环场探测器以及美国能源部存在项目上的合作,此外还有爱荷华州大学博士后研究协会、研究生和本科生参与了大型强子对撞机的实验工作。

  此外,爱荷华州大学的物理学家们正在建立阿贡国家实验室和布鲁克海文国家实验室之间的合作。物理学家们认为没有这些协作很难从高能物理实验中获得实际经验,而欧洲核子研究中心的大型强子对撞机正是汇聚了各大研究机构的顶尖物理学家,由希格斯玻色子开始,他们或将开启一个新的物理时代。

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