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8卦時間(10)——第五種力(?)

(2022-04-30 12:44:34) 下一個

這次,其實可以叫“跟著平等說科學”,因為是平等提到的James Webb Space Telescope給我的靈感。平等講的,是休整以後的天文望遠鏡Webb的新航程,我想說的,是Upgrade以後的LHC(Large Hadron Collider),超大型強子對撞機會有可能的新發現。

在瑞士境內,緊鄰法國邊境,被業內人士稱為CERN的歐洲核研究所。

CERN,源自法語Conseil européen pour la recherche nucléaire。為什麽是法語?法語是日內瓦地區的官方語言,蘇黎世這邊,是德語區。

我對蘇黎世,印象比較一般,第一次見識星巴克就是在那裏。當時咖啡端上來,我心裏一哆嗦差點叫出來,這誰家的茶缸,拿來當咖啡杯?!

記得看新聞,說星巴克準備去意大利開店,被意大利人奮起反擊抗議——難道讓我們喝廁所馬桶水?

無意冒犯,意大利人就這樣啦,全世界誰都不放眼裏——驕傲也不是完全沒道理,自然景觀人文景觀絕對在歐洲傲視群雄,說10步之內必有世界文化遺產可能有點誇張,換成開車10分鍾之內必有的話,就不會太離譜。而且而且,他們的咖啡包括各種食物,真是便宜又美味。

LHC這次升級,花了整整三年時間。

主要包括,1,光束變窄,粒子變密,粒子間相互撞擊的可能性變大。2,軟件升級,每秒數據采集提高到30million次——實驗物理最怕的錯誤之一是,現象發生了,你沒有捕捉到。造成這種錯誤的原因,有可能是儀器的精密度不夠或者試樣過於粗糙,還有可能,是因為人,恍惚一眨眼,錯過了——不知道我們這裏有沒有做電鏡的,應該很知道我說的是什麽意思。

一錯千年。

或者,(粒子的)一生一世。

CERN這個,是目前為止世界上功能最強大的粒子加速器。比費米實驗室的還要,嗯,advanced,換句話就是,更燒錢,年耗1.1bn英鎊。

Large:周長27公裏

Hadron:被加速的粒子是質子和離子,都屬於“強子(hadron)”組。

Collider:對撞。工作原理是兩束帶高能量的光從相對方向直接衝過來打到對方身上,光束位於超強磁力場和超低溫(LHC是—271.3°C,逼近絕對零度,-273.15°C)環境下的真空狀態。捕捉微小粒子相互撞擊後可能產生的異常現象,最重要是能量和動量的變化。

有什麽意義?

首先,撞擊有(極小)可能產生新的粒子——任何一個新的微粒子,對人類都是大發現。而LHC最近的發現,也是10年前的了——2012年觀測到的被物理界親切地稱為“神之子”,God particle的Higgs boson。

God particle這個“小愛稱”, 源於1988年獲諾貝爾獎的實驗物理學家Leon Max Lederman的一本書,the God Particle。

更有可能的是,粒子相互撞擊後發生的路徑和能量的改變——變,才能提供信息,如同我們平常看到動物的腳印,根據腳印,可以猜是已知的哪種動物,或者,未知的新物種。

目前被人們接收並且能合理解釋的四種力分別是,萬有引力(gravity),電磁力(electromagnetic force)和強弱相互作用(the strong force and the weak force)。這四種力的觀測,分別是在不同的空間(field),對應不同的強度度量。

研究“力”有什麽用?這是物質世界的自然現象存在的基礎,最簡單的例子就是,蘋果會掉到牛頓頭上,不是飛出天外。電磁力解釋電磁場的存在,強弱相互作用解釋微觀粒子之間為什麽能協調工作,不會飛出去,比如lattice(提到這個詞,我幾乎笑出來)。

想一下,中文造詞也不是那麽不合理嘛,比如說一個人有“吸引力”,會使他人不由自主靠近——當然,此力非彼力,物理實驗不一定能觀測到,生化實驗呢?腦電波觀測,也許人人有異?

好了,回到LHC(有可能觀測到)的第五種力。

核物理發展到今天,基本粒子,或者說亞原子(sub-atomic particle)在微觀世界的工作原理可以被接受的是“標準模型”,the Standard Model(SM)。簡單說,力的產生是由於攜帶能量的粒子發生交換作用。

可惜,SM不能解釋宏觀世界的萬有引力,也就是,不能解釋,質量為什麽存在。

另一方麵,銀河係中的天體顯然不能用萬有引力來解釋,否則,那些星體早因離心作用而飛離軌道。因此,科學家懷疑在銀河係中,存在另外一種物質,它們之間會產生特別的引力,使彼此不偏離軌道。這種物質被稱為“暗物質”(dark matter),它們包含的能量被稱為“暗能量”(dark energy)。暗物質之間,應該不是通過電磁力相互作用,也就是不會吸收反射和發出光線(能量)。一種推測是,存在超級對稱粒子(反粒子)——這個“反”,是相對於能被現在的SM解釋的粒子而言。

遺憾的是,到目前為止不能證明暗物質存在,但是,95%的宇宙空間,又需要它們存在才可能存在(這句話很哲學哦)。

LHC中被加速再加速之後告訴飛行的粒子,如果互相撞擊之後,能觀測到能量和動量的損失,那麽,就可以證明這種暗物質存在。

所以,銀河係是我們今天看到的樣子,而不是其中的萬千星體由於萬有引力的存在,會飛出去。

如果真的觀測到,那麽,愛因斯坦的相對論的理論基礎要改寫。

已經等太久了。

世界上有5000朵和你一樣的花,隻有你,是我唯一的玫瑰——小王子。

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閱讀 ()評論 (4)
評論
donau 回複 悄悄話 回複 '人參花' 的評論 :
過獎過獎,我覺得不算是專業,隻是科普。
donau 回複 悄悄話 回複 '山鄉不仕老了' 的評論 :
負的啊。負的就不會更低了;-)
絕對零度,隻是理論上,目前的實驗條件,應該還達不到
山鄉不仕老了 回複 悄悄話 "LHC是—271.3°C,逼近絕對零度,-273.15°C"
不懂就問:LHC 比絕對零度的溫度更低?
人參花 回複 悄悄話 OMG,真專業呀。佩服。
意大利確實厲害。一轉身都是文物,一抬眼就是曆史。夕陽下的斷壁殘垣都透著絕美,老喜歡了。
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