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发表于 2008-9-9 23:17:10
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等待LHC的都是些石破天惊的发现
2008年9月10日，大型强子对撞机（LHC）将正式启动，接近光速的质子束之间的碰撞将会导致什么样的发现呢？
世界各大媒体都对它怀着巨大的期待。2007年5月，《纽约时报》以《向物理学最重大疑问大步挺进》为题对LHC做详细介绍，文中不乏这样的词汇：“他们已然准备就绪，重现宇宙诞生的景象。一次，再次，又一次……事实上，每秒3千万次，让宇宙一次又一次地诞生着。”
发现“上帝的粒子”
LHC的ATLAS和CMS探测器主要用途就是用来发现新粒子的。
希格斯玻色子是由英国科学家彼得·希格斯（P. W. Higgs）提出的，目的是为了解释为何物质具有质量。换句话说，这个希格斯推想的粒子如果不存在，那么就有三种情况：我们不会有质量；肯定有另外的粒子或者物理状态使得物质赋予质量；用来解释宇宙“所有事情的组成”的标准模型存在大的谬误。
“标准模型”是上世纪50年代起由众多科学家提出并逐步完善的模型。它是一套描述强力、弱力及电磁力这三种基本力的理论。到目前为止，几乎所有对以上三种力的实验的结果都合乎这套理论的预测。但是标准模型还不是一套万有理论，主要是因为它并没有描述到重力。
标准模型包含两种粒子——费米子和玻色子，简单说来，费米子就是组成物质的粒子，而玻色子则负责传递各种作用力。标准模型所预测的W玻色子、Z玻色子、胶子、顶夸克及魅夸克，最终被实验一一验证，这些结果都令物理学家十分振奋，一座结构复杂、野心勃勃的物理学大厦即将建成，他们期待这一模型将成为“解释宇宙所有事情”的模型。不过，他们始终逃脱不了标准模型的最大缺陷，该模型不能解释质量。
希格斯曾被人誉为第二个爱因斯坦，他无比大胆地提出“希格斯玻色子”（Higgsboson）的存在，使得“标准模型”理论趋向完美。
“希格斯玻色子”填补了标准模型的缺陷。但问题是，从来没有任何一个人观测到“希格斯玻色子”的存在。
2000年，CERN通过当时世界上最大的正负电子对撞机LEP攫取了少量的疑似希格斯粒子，但统计数据不足以做出任何确定的推论。
2003年，物理学家试图通过位于美国芝加哥的费米实验室的正负质子对撞机，让质子与反质子相互对撞分析出希格斯粒子的存在。但回收反质子的方案并不可行，而且存在已有二十年之久的正负质子对撞机需要很长时间来修复，费米实验室的研究最终搁置。
人们总是将自己束手无策的疑惑交给“上帝”，1988年诺贝尔物理学奖得主利昂·莱德曼将“希格斯玻色子”称为“上帝的粒子”(God Particle)，这一称呼如今被广泛引用。
2008年4月7日，头发雪白的彼得·希格斯在接受路透社记者采访时说：“我请求‘上帝的粒子’，让我再多活几个月。”5月29日就是希格斯80岁的生日，他说：“我要将此作为我的生日礼物，我准备了打开一瓶香槟。”不过，由于LHC的调试工作比预期的要困难和复杂，年迈的希格斯还必须继续等待。
中科院高能物理研究所研究员李海波说：“建造LHC，主要目的就是为了发现希格斯玻色子。而LHC的前身曾经做过这方面的努力，但是没有成功。如果希格斯玻色子没有被发现，那么可能会发现某种类似希格斯玻色子的粒子，用来解释质量。如果什么都没发现，那可能说标准模型在某个特定能量段还存在缺陷。这是好事情。”
李海波认为：“如果标准模型是完美无缺的，那么剩余给后代的理论物理学家的事业，真的稀少而枯燥了。不过科学史已经无数次印证，人类这种企图以一种理论的建构而一劳永逸的梦想有过多次，但是都最终惊醒。标准模型如果存在无法弥补的漏洞，那么对于年轻的物理学家们，并不是一件坏事，反而可以说是理论物理学春天的到来。”
超对称粒子和暗物质
超对称是费米子和玻色子之间的一种对称性，该对称性至今在自然界中尚未被观测到。物理学家认为这种对称性是自发破缺的。所谓的自发破缺，就是在低能量等级下，无法存在超对称粒子。物理学家怀疑，在光速或者接近光速的能量等级下，是否能够存在超对称粒子。而LHC也许已经创造了这样的条件。人们都在期待其在发现超对称粒子上有所突破。
到1980年代，占宇宙能量密度大约20%的暗物质已经被广为接受。但是人们不知道暗物质粒子到底是什么。“可以说，暗物质时时刻刻都在触摸我们，穿透我们的身体，但又不和我们发生任何作用。”李海波说。
如果LHC此后的实验能够发现一种或者多种暗物质的候选者，那么就给现在的天文学中对于暗物质的观测提供极大的帮助。
发现反物质
LHCb实验室主要是用来寻找并研究反物质的。
曾经有一个很著名的照镜子比喻：当你照镜子时，镜中的那个你如果真的存在，并出现在你面前，会怎么样呢？科学家把镜中那个你叫做“反你”。科学家想象很远的地方有个和我们的世界很像的世界，它将是一个由反恒星、反房子、反食物等所有的反物质构成的反世界。反物质正是一般物质的对立面，而一般物质就是构成宇宙的主要部分。
1932年，美国物理学家安德逊在实验室中发现了狄拉克所预言的正电子。1955年，美国物理学家西格雷等人用人工的方法获得了反质子。此后人们逐渐认识到，不仅质子和电子，所有的微观粒子都有各自的反粒子。人们开始逐渐承认反物质粒子的真实存在。
如果以后LHC的实验能够大量制造反物质，无疑给科学家提供了更多研究反物质的机会。
发现高维空间
LHC一旦正式运转，如果实验顺利，不但极有可能“上帝的粒子”的确实存在，来安抚每天为标准模型寝食难安的科学家，甚至有可能探测到高维空间（即第4、5、6……维空间）存在与否。这目前也尚处于理论阶段。
不过，能不能检测到额外维空间的存在，起码需要两个条件，第一，额外维空间确实存在；第二，LHC的实验“亮度”足够，可以非常精确地计算逃逸出去的质量。
揭开宇宙诞生之谜
ALICE实验室主要是进行重离子实验的。LHC加速以后，质子相互碰撞可以达到宇宙大爆炸时宇宙中粒子能够达到的能量等级，所以可以窥视宇宙大爆炸的某些情形。
我们的宇宙来自哪里？来自宇宙诞生的那个时刻。那么那个时刻是什么样的呢？研究常态下的基本粒子，我们根本无法知晓。现在宇宙中的普通物质由原子构成，原子拥有一个由质子和中子构成的核子，质子和中子则由夸克组成，夸克由胶子粘合并束缚在一起。最初的宇宙爆炸瞬间，并没有像现在这样稳定的质子，而是“夸克-胶子等离子体”。这些等离子体制是在稍后的几微秒摇身一变，变成了今天的宇宙中常见的粒子。
LHC的ALICE实验就是企图生产非常不稳定的“夸克-胶子等离子体”，并以此研究宇宙的诞生之谜。
“杀手奇异子”危害人类？
3月21日，有两位美国人（Walter L. Wagner和 Luis Sancho）提出，LHC的强子撞击，很有可能产生不可知的危害物，比如黑洞，比如“杀手奇异子”（killer strangelets，一种包含非通常夸克的假想粒子物质。如果一种奇异子十分稳定并带有负电，就有可能“吃掉”普通物质的核子，并将其转变为奇异物质。最终，一系列连锁反应会吞噬整个地球和人类）。
欧洲核子研究中心并没有就此事作出正面回应，其发言人称：“一个夏威夷的联邦地方法院怎么会对一个欧洲的非政府科学研究机构具有司法权呢？”
CERN早在2003年发布的LHC安全性的评审报告即认为，加速器有微小几率创造出短暂的小黑洞或者磁单极子。它们会破坏普通原子的质子。但它的结论是，这些假想情况即使发生，也不会导致灾难。
李海波说：“由于小黑洞太过微小，根据霍金辐射（黑洞并不是完全黑的，它仍以某种形式向外辐射能量，称霍金辐射），现在不是能不能制造小黑洞的问题，而是能不能观测到小黑洞的问题，因为小黑洞极其不稳定，太过微小，它的寿命可以用瞬间来形容。”
不过，所有关于LHC的发现之旅都还停留在预言阶段。有人甚至认为，LHC将不会超越以前的所有加速器有什么新的发现。果真如此，那么CERN巨额的资金投入将会成为一个天大的玩笑。 |
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狗仔卡
发表于 2008-9-9 22:39:34
显身卡
发表于 2008-9-9 22:56:28
发表于 2008-9-10 11:22:01
