@ 2015.03.15 , 15:27

大型强子对撞机接下来会发现什么?

全世界最大的科学实验设备——大型强子对撞机[LHC]在两年的维护升级后将在本月重新启动。继2012年发现希格斯玻色子,也就是广大媒体宣传的“上帝粒子”后,大家对欧洲核子研究中心27公里长的粒子加速器的新发现明显有了更高期许。

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希格斯玻色子是质量之源的一种可能解释,在1964年由彼得·希格斯和其他几位科学家提出,这项发现令彼得·希格斯和弗朗索瓦·恩格勒获得2013年诺贝尔物理学奖。

为什么整这么久才发现呢?正如爱因斯坦在质能等价方程(E=MC2)里说的,一个粒子的质量就是它所含能量的衡量,粒子越大能量越大,反过来说,要创造一个大粒子所需的能量也更大。简单说,大型强子对撞机使用1260亿伏特才有足够的能量进行质子束碰撞以创造希格斯玻色子。在粒子物理学中通常用质量替代表达能量,1260亿伏约等于2.24x1025kg,是单质子的127倍。

所以这两年对LHC的升级就是添加更强力的电磁铁以足够把两束质子加速到6.5兆伏特,把潜在碰撞能量从2012年的8兆伏特提升到13兆伏特,才足以可能创造并探测到更大质量的粒子。LHC下个预期目标是发现如Z-粒子、新希格斯玻色子之类的新粒子,乃至暗物质粒子。

1983年欧洲核子研究中心发现了Z粒子是自然界4种基本力的携带粒子:引力、电磁力、强力和弱核力,其所携带的弱核力与亚原子反应有关。理论上认为下一个被发现的粒子将是Z玻色子,或者是Z'。这将帮助我们了解理论上认为的引力携带者:引力子,只是还未被发现。

把宇宙的组成作为整体来看,我们目前只了解它的5%,剩下的95%大约由68%的暗能量和27%的暗物质组成。84%之多的宇宙质量是黑暗的,未被任何的已知手段探测到过,若LHC能为我们照亮这个未知的黑暗领域,人类对宇宙的探索之旅就能大步迈进。

有了升级后的LHC可以制造更高的碰撞能量以及发现新粒子的可能,无论目前的理论是否成立,这于我们对自然法则和现有理论模型的基础理解具有超凡意义。

有些人也许对LHC七千万欧元左右的升级预算颇有言辞,确实,在这个财政紧缩的时代这么一大笔预算比公共资金还高。但是它可能在许多领域带来的重大突破也不能被忽视,比如医疗成像技术。就算考虑到欧洲核子研究中心未来的开销将远远超过七千万欧元,它在物理学、数学、工程学教育方面扮演的角色也远远超过实际创造的经济价值。


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