国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

幽靈與機(jī)器

2015-09-10 07:22于巧峰
飛碟探索 2015年2期
關(guān)鍵詞:反物質(zhì)中微子介子

于巧峰

中微子研究是美國(guó)對(duì)新一代物理學(xué)的貢獻(xiàn)。

在伊利諾伊州平原深處,有一個(gè)人造洞穴,裸露的巖墻上有用白漆噴涂的一個(gè)圓圈,里面堆滿(mǎn)了科學(xué)設(shè)備。站在它前面,你就站在了受世界上最強(qiáng)中微子束輻射的道路上。這些中微子束來(lái)自附近費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的粒子加速器,費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室是美國(guó)主要的粒子物理實(shí)驗(yàn)室。與其他類(lèi)型的加速器一樣,站在這樣的粒子束中會(huì)導(dǎo)致驚人的、致命的后果。但你們不會(huì)瞬間汽化,也不會(huì)在幾周后得癌癥或具有超能力。

這正是要點(diǎn):中微子是可怕的東西。在1秒之內(nèi),每立方厘米的空間中有數(shù)十億個(gè)中微子穿過(guò),但因?yàn)樗鼈冎荒芨惺艿剿姆N基本物理力中的兩種最微弱的力——重力和被恰當(dāng)命名的弱核力,而感受不到電磁力和強(qiáng)核力,因此幾乎不與其他物質(zhì)相互作用。

盡管如此,中微子仍然是一個(gè)熱門(mén)話(huà)題,因?yàn)檠芯克鼈兛赡芙沂緲?biāo)準(zhǔn)模型之外存在的物理現(xiàn)象。這是2012年完成的粒子物理學(xué)的理論框架,當(dāng)時(shí)歐洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)剛剛找到了希格斯玻色子。接下來(lái),物理學(xué)的重點(diǎn)是在標(biāo)準(zhǔn)模型之外進(jìn)行探索。2014年5月發(fā)表的一份關(guān)于美國(guó)物理學(xué)的未來(lái)的報(bào)告公布了一項(xiàng)計(jì)劃,準(zhǔn)備使美國(guó)成為世界中微子研究的領(lǐng)導(dǎo)者。

中微子是有趣的,因?yàn)樗鼈儾蛔袷匾?guī)則。標(biāo)準(zhǔn)模型顯示它們應(yīng)該是無(wú)質(zhì)量的,根據(jù)愛(ài)因斯坦的理論,這意味著它們一定是以光速運(yùn)動(dòng),但不經(jīng)歷時(shí)間的流動(dòng)。然而,1998年在日本完成的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明,中微子在空間中尖嘯而過(guò)時(shí)會(huì)自發(fā)地在它們存在的三種變體中進(jìn)行轉(zhuǎn)變(稱(chēng)為電子、μ介子和τ中微子),這一過(guò)程被稱(chēng)為振蕩。

振蕩意味著中微子經(jīng)歷時(shí)間。反過(guò)來(lái),這意味著它們必須比光傳播得慢,因此有質(zhì)量。這是一個(gè)可以將標(biāo)準(zhǔn)模型撬開(kāi)的杠桿。作為粒子物理學(xué)的老前輩,史蒂夫·溫伯格是這一模型的構(gòu)建者之一,他將中微子質(zhì)量描述為這25年以來(lái)粒子物理學(xué)最重要的發(fā)現(xiàn)。

但振蕩的細(xì)節(jié)仍不完整。目前,科學(xué)家寄希望于2014年7月開(kāi)始的“新星”計(jì)劃。“新星”是一個(gè)實(shí)驗(yàn),旨在把這些細(xì)節(jié)明確下來(lái)。中微子束通過(guò)白色圓圈繼續(xù)在地球上穿行810千米,到達(dá)位于明尼蘇達(dá)州北部的探測(cè)器。當(dāng)它到達(dá)時(shí),其中的μ介子中微子會(huì)自行轉(zhuǎn)變成電子中微子。而“新星”將精確測(cè)量這種轉(zhuǎn)變發(fā)生的頻率。

除了三個(gè)變體,中微子還有三個(gè)不同的質(zhì)量。科學(xué)家已經(jīng)知道,其中兩個(gè)是緊密匹配的,而第三個(gè)則大得多或小得多?!靶滦恰庇?jì)劃如果獲得成功,就應(yīng)該發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn),而這反過(guò)來(lái)應(yīng)該可以闡明中微子最初是如何獲得質(zhì)量的。

這一切聽(tīng)起來(lái)相當(dāng)有技術(shù)含量,中微子物理學(xué)也確實(shí)有一些非常重大的影響。具體來(lái)說(shuō),它可以解釋宇宙中究竟為什么存在萬(wàn)物。像其他物質(zhì)一樣,中微子也有它的反物質(zhì)。眾所周知,物質(zhì)和反物質(zhì)在接觸過(guò)程中彼此湮滅。這里存在一個(gè)問(wèn)題:現(xiàn)有理論認(rèn)為宇宙大爆炸產(chǎn)生了相同數(shù)量的物質(zhì)和反物質(zhì),而這意味著現(xiàn)代宇宙應(yīng)該不比湮滅輻射后的“清湯”濃多少,但事實(shí)顯然并非如。

對(duì)物質(zhì)優(yōu)勢(shì)的最好解釋是它和反物質(zhì)并不完全平等、對(duì)立。目前,一些不平等現(xiàn)象已被世人所知,涉及被稱(chēng)為b介子和K介子的粒子,但它們不足以解釋物質(zhì)的量。許多物理學(xué)家認(rèn)為,中微子以與它們的反中微子對(duì)應(yīng)物不同的方式進(jìn)行振蕩,而且這可能起到一個(gè)足夠大的作用,可以填補(bǔ)這一差距并解釋宇宙為什么是它看起來(lái)的樣子。通過(guò)在中微子和反中微子之間轉(zhuǎn)換光束,“新星”實(shí)驗(yàn)可以瞥見(jiàn)這種差異。不過(guò),一個(gè)更加敏感的后繼實(shí)驗(yàn)——計(jì)劃于2022年完工的長(zhǎng)基線(xiàn)中微子設(shè)施,能夠?qū)λ鼈冞M(jìn)行更全面的探索。

長(zhǎng)基線(xiàn)中微子設(shè)施將通過(guò)觀(guān)察其中一個(gè)中微子與一個(gè)巨大液氬罐中的原子相互作用時(shí)發(fā)出的閃光來(lái)探測(cè)中微子。但中微子并不是導(dǎo)致這種閃光的唯一物質(zhì)。標(biāo)準(zhǔn)模型認(rèn)為,幫助構(gòu)成原子核的質(zhì)子是穩(wěn)定的,但許多后標(biāo)準(zhǔn)模型理論不同意這種觀(guān)點(diǎn)。在他們的預(yù)測(cè)中,質(zhì)子應(yīng)該衰變成輕粒子。事實(shí)上,人們從沒(méi)有觀(guān)察到過(guò)質(zhì)子衰變成輕粒子,這表明這種情況是極其罕見(jiàn)的。但長(zhǎng)基線(xiàn)中微子設(shè)施的34000噸液氬罐可以容納大量被加以仔細(xì)觀(guān)測(cè)的質(zhì)子。如果這些粒子真的可以自發(fā)消耗,長(zhǎng)基線(xiàn)中微子設(shè)施就有很大機(jī)會(huì)定位它。

它甚至可被當(dāng)作一個(gè)望遠(yuǎn)鏡。超新星爆發(fā)會(huì)產(chǎn)生數(shù)量驚人的中微子,它們的幽靈特質(zhì)使得它們不受阻礙地逃離了爆炸的超密中心。通過(guò)記錄中微子脈沖逃離超新星的情形,長(zhǎng)基線(xiàn)中微子設(shè)施與其他現(xiàn)有的中微子探測(cè)器可以讓天文學(xué)家探察到這樣的極端環(huán)境中發(fā)生了什么。

在長(zhǎng)基線(xiàn)中微子設(shè)施建成之后,物理學(xué)家對(duì)亞原子世界的探索將逐步加深,他們必須利用越來(lái)越大的機(jī)器。出于設(shè)備成本的考慮,粒子物理學(xué)正越來(lái)越成為一個(gè)國(guó)際共同參與的科學(xué)。長(zhǎng)基線(xiàn)中微子設(shè)施的預(yù)算是15億美元,不過(guò)這少于大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的90億美元成本,因此還是劃算的。

猜你喜歡
反物質(zhì)中微子介子
反物質(zhì)世界去哪了?
第三類(lèi)中微子振蕩的發(fā)現(xiàn)
——2016年自然科學(xué)一等獎(jiǎng)簡(jiǎn)介
發(fā)現(xiàn)中微子振蕩從而證實(shí)中微子具有質(zhì)量——2015年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)簡(jiǎn)介
超乎想象的“反物質(zhì)炸彈”
大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)檢測(cè)到B介子衰變等