8卦时间(10)——第五种力(?)

这次,其实可以叫“跟着平等说科学”,因为是平等提到的James Webb Space Telescope给我的灵感。平等讲的,是休整以后的天文望远镜Webb的新航程,我想说的,是Upgrade以后的LHC(Large Hadron Collider),超大型强子对撞机会有可能的新发现。

在瑞士境内,紧邻法国边境,被业内人士称为CERN的欧洲核研究所。

CERN,源自法语Conseil européen pour la recherche nucléaire。为什么是法语?法语是日内瓦地区的官方语言,苏黎世这边,是德语区。

我对苏黎世,印象比较一般,第一次见识星巴克就是在那里。当时咖啡端上来,我心里一哆嗦差点叫出来,这谁家的茶缸,拿来当咖啡杯?!

记得看新闻,说星巴克准备去意大利开店,被意大利人奋起反击抗议——难道让我们喝厕所马桶水?

无意冒犯,意大利人就这样啦,全世界谁都不放眼里——骄傲也不是完全没道理,自然景观人文景观绝对在欧洲傲视群雄,说10步之内必有世界文化遗产可能有点夸张,换成开车10分钟之内必有的话,就不会太离谱。而且而且,他们的咖啡包括各种食物,真是便宜又美味。

LHC这次升级,花了整整三年时间。

主要包括,1,光束变窄,粒子变密,粒子间相互撞击的可能性变大。2,软件升级,每秒数据采集提高到30million次——实验物理最怕的错误之一是,现象发生了,你没有捕捉到。造成这种错误的原因,有可能是仪器的精密度不够或者试样过于粗糙,还有可能,是因为人,恍惚一眨眼,错过了——不知道我们这里有没有做电镜的,应该很知道我说的是什么意思。

一错千年。

或者,(粒子的)一生一世。

CERN这个,是目前为止世界上功能最强大的粒子加速器。比费米实验室的还要,嗯,advanced,换句话就是,更烧钱,年耗1.1bn英镑。

Large:周长27公里

Hadron:被加速的粒子是质子和离子,都属于“强子(hadron)”组。

Collider:对撞。工作原理是两束带高能量的光从相对方向直接冲过来打到对方身上,光束位于超强磁力场和超低温(LHC是—271.3°C,逼近绝对零度,-273.15°C)环境下的真空状态。捕捉微小粒子相互撞击后可能产生的异常现象,最重要是能量和动量的变化。

有什么意义?

首先,撞击有(极小)可能产生新的粒子——任何一个新的微粒子,对人类都是大发现。而LHC最近的发现,也是10年前的了——2012年观测到的被物理界亲切地称为“神之子”,God particle的Higgs boson。

God particle这个“小爱称”, 源于1988年获诺贝尔奖的实验物理学家Leon Max Lederman的一本书,the God Particle。

更有可能的是,粒子相互撞击后发生的路径和能量的改变——变,才能提供信息,如同我们平常看到动物的脚印,根据脚印,可以猜是已知的哪种动物,或者,未知的新物种。

目前被人们接收并且能合理解释的四种力分别是,万有引力(gravity),电磁力(electromagnetic force)和强弱相互作用(the strong force and the weak force)。这四种力的观测,分别是在不同的空间(field),对应不同的强度度量。

研究“力”有什么用?这是物质世界的自然现象存在的基础,最简单的例子就是,苹果会掉到牛顿头上,不是飞出天外。电磁力解释电磁场的存在,强弱相互作用解释微观粒子之间为什么能协调工作,不会飞出去,比如lattice(提到这个词,我几乎笑出来)。

想一下,中文造词也不是那么不合理嘛,比如说一个人有“吸引力”,会使他人不由自主靠近——当然,此力非彼力,物理实验不一定能观测到,生化实验呢?脑电波观测,也许人人有异?

好了,回到LHC(有可能观测到)的第五种力。

核物理发展到今天,基本粒子,或者说亚原子(sub-atomic particle)在微观世界的工作原理可以被接受的是“标准模型”,the Standard Model(SM)。简单说,力的产生是由于携带能量的粒子发生交换作用。

可惜,SM不能解释宏观世界的万有引力,也就是,不能解释,质量为什么存在。

另一方面,银河系中的天体显然不能用万有引力来解释,否则,那些星体早因离心作用而飞离轨道。因此,科学家怀疑在银河系中,存在另外一种物质,它们之间会产生特别的引力,使彼此不偏离轨道。这种物质被称为“暗物质”(dark matter),它们包含的能量被称为“暗能量”(dark energy)。暗物质之间,应该不是通过电磁力相互作用,也就是不会吸收反射和发出光线(能量)。一种推测是,存在超级对称粒子(反粒子)——这个“反”,是相对于能被现在的SM解释的粒子而言。

遗憾的是,到目前为止不能证明暗物质存在,但是,95%的宇宙空间,又需要它们存在才可能存在(这句话很哲学哦)。

LHC中被加速再加速之后告诉飞行的粒子,如果互相撞击之后,能观测到能量和动量的损失,那么,就可以证明这种暗物质存在。

所以,银河系是我们今天看到的样子,而不是其中的万千星体由于万有引力的存在,会飞出去。

如果真的观测到,那么,爱因斯坦的相对论的理论基础要改写。

已经等太久了。

世界上有5000朵和你一样的花,只有你,是我唯一的玫瑰——小王子。

donau 发表评论于
回复 '人参花' 的评论 :
过奖过奖,我觉得不算是专业,只是科普。
donau 发表评论于
回复 '山乡不仕老了' 的评论 :
负的啊。负的就不会更低了;-)
绝对零度,只是理论上,目前的实验条件,应该还达不到
山乡不仕老了 发表评论于
"LHC是—271.3°C,逼近绝对零度,-273.15°C"
不懂就问:LHC 比绝对零度的温度更低?
人参花 发表评论于
OMG,真专业呀。佩服。
意大利确实厉害。一转身都是文物,一抬眼就是历史。夕阳下的断壁残垣都透着绝美,老喜欢了。
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