如果它真的存在,那么将能同时解开物理学中五个大问题夸克苹果版好用不。
是911吗?这里有紧急情况夸克苹果版好用不,宇宙中最为重要的粒子仍未找到!
德国物理学家弗洛里安·格尔茨明白这并不是警方所能侦破的案件,但他xg111net仍在不耐烦地等待着回应夸克苹果版好用不。不过,这里的“911”不是指美国的报警电话号码,而是位于大型强子对撞机北部的一座建筑的编号。
欧洲核子研究组织的大型强子对撞机是世界上最大的粒子加速器,它位于瑞士与法国边境地下100多米深的环形隧道中,隧道全长近27千米夸克苹果版好用不。2012年,研究人员借助它发现了太平洋在线手机版xg111net企业邮局希格斯玻色子。这可是物理学上的大事件。但格尔茨想要寻找的粒子可比希格斯玻色子更厉害:希格斯玻色子解决了基本粒子如何获得质量的问题,而格尔茨想要寻找的粒子将能一口气解决物理学中五个大问题——从微观粒子无法解释的现象到宇宙起源的奥秘,再到神秘的暗物质的真实身份。
美好得令人难以置信?但格尔茨并不是唯一一个想这么做的人夸克苹果版好用不。他一直在和来自世界各地的同行们合作和竞争,以描述这种粒子的性质,并预测它能做什么。如果他们的理论是正确的,那么911号建筑里进行的实验将有机会发现宇宙中最重要的粒子。
场与粒子
要想了解这种粒子,首先我们要了解什么是粒子夸克苹果版好用不。大多数时候,我们可以把粒子想象成微小的弹珠,在空旷的空间里撞来撞去,或者被束缚在固体内部。然而,如果我们想要理解它们的行为,这种观点必须抛弃。相反,我们最好把宇宙想象成一个充满电磁场、电子场、质子场等各种波动场的地方,而我们所熟悉的粒子,就是这些场在微小尺度上的一种扰动。例如,电磁场会产生光子,电子场会产生电子,质子场会产生质子,等等。
理论学家经常提出各种场来解决许多基本物理学问题夸克苹果版好用不。每一种场都会产生一种新的粒子,要想证明这种场的存在,就需要通过实验来找到所产生的新粒子。希格斯场和希格斯玻色子就是一个典型的例子。希格斯场最初是在1964年提出的,主要用来解释弱核力的作用范围为何较短,以及基本粒子如何获取质量等问题。不过,科学家发现希格斯玻色子花了将近50年的时间。
与此同时,更多的物理理论被提了出来,与之相伴随的是各种假想的粒子夸克苹果版好用不。一些理论带来的粒子比较多。例如,超对称理论认为,每一个已知的粒子都有一个与之相伴随的质量更大的伙伴粒子。如果成立,该理论可以解决许多无法解释的物理学现象。大型强子对撞机有能力检测到这些伙伴粒子,但到目前为止,研究人员还没有找到任何伙伴粒子的踪迹。
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另一些理论就比较吝啬了夸克苹果版好用不。例如一种被称作“SMASH”的理论,要通过添加6个新粒子来解决5个物理学谜团。但对于格尔茨和他的同事来说,即使这样也太浪费了。他们提出只需要一种新的假想粒子就可以了,这个新的粒子如同一把万能钥匙,能同时解开物理学中五个大问题。
把两个粒子合二为一
这种粒子的提出,与两个粒子的物理学问题有关夸克苹果版好用不。其中一个问题是物理学家在1977年研究强相互作用时遇到的问题,它被称为“强CP问题”。
强相互作用是一种把夸克结合成质子或中子等粒子的力夸克苹果版好用不。然而,相关的物理理论却认为,在某些情况下,强相互作用会让粒子打破一种称为“CP对称”的对称性(请参见拓展阅读“对称的重要性”),但实验中从来就没观测到这种现象。为了解决这个问题,一些物理学家发现,在理论中加入一种新的场之后,强CP问题就神奇地解决了。跟其他场一样,这种新的场的微扰也会产生一种新的粒子,物理学家把这种粒子称为轴子。
与此同时,粒子物理学中又出现了另一个问题,这与夸克有关夸克苹果版好用不。夸克是一种基本粒子,它们结合在一起可组成质子和中子等粒子。目前,已发现的夸克有6种。夸克的种类被称为“味”,它们分别是上、下、粲、奇、底及顶,但它们的质量相差很大。例如,顶夸克的质量大约是上夸克质量的8万倍。这么大的质量差距从哪里来的呢?一些物理学家又提出了一种全新的场,不同味的夸克在这种场的作用下行为完全不同,最终导致了各种味的夸克质量有很大的差别。这种场产生的粒子被称为味子。
但在过去的几年里,两组物理学家各发现了一个天大的巧合:味子看起来很像轴子夸克苹果版好用不。于是,格尔茨等人就提议,这两种粒子应该是同一种粒子,可以把它们统称为“轴味子”或“味轴子”。
威力无比的轴味子
把轴子和味子结合起来,还有更多的好处夸克苹果版好用不。自上个世纪70年代末以来,物理学家一直坚信宇宙在大爆炸后不久经历了一段急速的膨胀时期,并称之为“暴胀”。暴胀可能是由一种被称为“暴胀子”的粒子引发的,一些物理学家早就推测,暴胀子可能是轴子或味子。
此外,当前最热门的暗物质粒子候选者是所谓的“大质量弱相互作用粒子”,它是一种假想的大质量粒子,只通过弱相互作用和引力产生作用夸克苹果版好用不。研究人员正不遗余力地寻找这种暗物质粒子,但目前一无所获。于是,一些物理学家认为,暗物质粒子也可能是轴子,并建议把注意力更多地放在轴子身上。
由此可以看出,如果轴子和味子能结合起来的话,那么轴味子还能解决暴胀问题和暗物质问题夸克苹果版好用不。更厉害的是,轴味子还有一个“超能力”——它能解释希格斯玻色子的质量问题。2012年,当大型强子对撞机发现希格斯玻色子时,它比许多物理学家预期的要轻得多。格尔茨等人认为,轴味子与希格斯玻色子某种相互作用,能使希格斯玻色子的质量大幅度降低。
这样,一个轴味子就能够同时解开物理学中的五个大问题:强CP问题、夸克质量问题、宇宙为何暴胀、暗物质的真实身份,以及希格斯玻色子质量问题夸克苹果版好用不。
这确实很了不起,但就目前而言,它仍然是一个猜想夸克苹果版好用不。改变这一状况的关键在于那座编号为“911”的建筑,它是欧洲核子研究组织在2007年开始进行的名为“NA62”的实验所在地。此实验的目的,是通过研究夸克-反夸克对的衰变来提高我们对夸克的理解。研究人员希望NA62能在这些衰变的产物中发现一些意想不到的东西。而且,鉴于轴味子能与夸克发生相互作用,所以在夸克-反夸克对的衰变过程中,很有可能会产生轴味子。
如果轴味子真的存在,那么我们何时能找到它?这完全取决于轴味子到底有多重,它越重越难找,因为让实验衰败出重粒子需要很高的能量夸克苹果版好用不。不过,格尔茨等人目前还无法用理论预测轴味子的质量究竟有多大。
不管怎样,把许多物理学问题变成一个问题,是一个很大胆的设想夸克苹果版好用不。粒子物理学能否迎来一个重大突破?我们只需等待911号建筑能否带来好消息。
拓展阅读:对称的重要性
知道新的粒子可能隐藏在哪里,是一件很棘手的事情夸克苹果版好用不。我们能使用的一种最强大的探测手段,就是对称性——即使某物的位置、方向或角度发生了改变,其外观和行为仍是相同的。例如,一个圆有对任意角度的旋转对称性,即圆对称性,而一个正方形不具有圆对称性——当你把它旋转90度的倍数时,它看起来是一样的,但以其他任何角度旋转时,它看起来就不一样了。
在粒子物理学中,还有更为复杂的对称性夸克苹果版好用不。例如,你可以把一些粒子替换成所对应的反粒子,如果它们的相互作用没有发生变化,那就是一种对称。例如,两个电子相斥的方式与两个正电子相斥的方式完全相同。这种对称性被称为“电荷共轭对称性”,简称“C对称”。
另一个重要的对称性是时间反演对称性,简称“T对称”夸克苹果版好用不。想象一下,你在电视上看斯诺克比赛的录像时,你看到一个台球撞向桌边然后弹走。你按下倒带键,你现在看到台球开始反过来向桌边移动。撞到桌边后反弹回原来的位置,如果它没有到达原来的位置,那么这就打破了时间反演对称性。
第三种基本对称是宇称对称性,简称“P对称”夸克苹果版好用不。这一次,在观看斯诺克比赛时,你可以通过一面镜子来观看,但如果镜子中台球撞到桌边的角度与屏幕中的不一样了,那么这就打破了宇称对称性。
我们可以把这些对称性结合起来,看看是否有什么有趣的东西出现夸克苹果版好用不。有时,一个系统可能会违背其中的某一个对称,但如果同时做多个对称变换的话,那么它有时仍可以维持原样。例如,一个粒子可能不遵守C对称或P对称,但如果对应的反粒子看起来就像是它在镜子中的影像的话,那么我们可以说它遵守“CP对称”。
这些对称性之所以重要,很大程度上是因为有时我们喜欢看到它们被打破,其背后往往涉及到以前未曾发现的物理定律、粒子或力夸克苹果版好用不。同样值得物理学家关注的情况是,一些对称性本该被打破但事实却没有,正文中提到的强CP问题就属于这种情况。