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欧洲大型强子对撞机

时间:2024-11-08 23:34:29 编辑:莆仙君

物理哲学家:大型强子对撞机已经打破了物理学

除了希格斯玻色子之外,大型强子对撞机(LHC)还没有发现任何新的基本粒子。这对粒子物理学家来说无疑非常失望,因为他们相信这个巨型的粒子加速器应该能找到更多的新粒子、额外的空间维度、微型黑洞、新的对称性、暗物质,或者其他完全不同的东西。然而,这些期望全都落空。 之所以粒子物理学家相信,大型强子对撞机能发现除希格斯玻色子之外的东西,是因为目前最好的物理学理论——粒子物理标准模型,不是“自然的”。 论点大致是这样的:希格斯玻色子有别于标准模型中的其他粒子。其他粒子的自旋位1或或者1/2,但希格斯粒子的自旋为0。正因为如此,量子涨落对希格斯粒子的质量做出了更大的贡献。这让粒子物理学家认为,一旦碰撞能量足够高,在制造出希格斯粒子的同时,一定会有别的东西随之出现。 在物理学中,自然性(Naturalness)是指物理理论中出现的自由参数或物理常数之间的无量纲比值应该取“1数量级”的值。也就是说,一个自然理论的参数比应该是2.34,而不是234000或0.000234。从这个意义上来讲,令人满意的物理学理论应该是“自然的”,这一要求是上世纪60年代在粒子物理学领域兴起的一种思潮。它是一种美学标准,而非物理学标准。 然而,粒子物理标准模型在技术上是不自然的观点并没有实际意义,因为这些被认为是麻烦的量子贡献是无法观测到的。因此,自然性的缺乏完全是一个哲学上的难题,关于它的辩论源于一个根本性的困惑:什么东西一开始需要用科学解释?如果不能观测到,那就没有什么好解释的了,为什么我们还要谈这个? 数十年来,总有人会相信自然论。但事实上,基于自然论的大型强子对撞机预测并没有奏效。那么,粒子物理学家最终会抛弃自然性的观点吗? 然而,粒子物理学家对他们此前所做出的明显失败的预测保持沉默。除了欧洲核子研究组织(CERN)理论小组负责人、自然论最有力的倡导者之一Gian Francesco Giudice在2017年发表了一篇承认有问题的论文之外,没有人愿意承认有什么地方出了严重的问题。 也许粒子物理学家只是希望没有人会注意到他们的错误,更不用说这些错误已经在所有出版的文献中出现了。一些粒子物理学家正忙于发明新的自然论,预测新的粒子只会出现在下一个更大的对撞机上。 对于粒子物理学家而言,这可能是一个不好的情况,但对于哲学家而言,这是一个很好的情况,因为他们对别人的问题最感兴趣。南加州大学(University of Southern California)的物理哲学家David Wallace认为,大型强子对撞机已经打破了物理学。为此,他最近写了一本名为《自然性与涌现》(Naturalness and Emergence)的书。 关于粒子物理学家预测的失败,Wallace在书中写道: “我认为,任何这种自然性的失败,都有可能破坏我们对理论间还原的整个理解结构,因此,物理领域的危机可能比人们有时认为的要严重得多。” 在科学哲学中,“理论间还原”是指在一定条件下,一个适用范围更广的理论可以还原为形式更为简洁的理论。例如,在速度远小于光速的情况下,狭义相对论可以还原为牛顿力学。 Wallace在书中进一步写道: “如果自然论在粒子物理学和宇宙学中完全失败,则就没有可靠的方法论论据来假设它们无处不在(比如在统计力学中)。” 迄今为止,粒子物理标准模型已经成功地解释了来自大型强子对撞机的每一个数据片段。不管怎样,这个理论都是非常成功的理论。如果有人使用一个标准来评估理论的好坏,那么,出问题的会是提出标准的人,而不是理论本身。

关于欧洲的量子对撞实验目前进度如何?

首先,大自然可以产生比大型强子对撞机以宇宙射线形式产生的粒子的能量更高的次原子粒子。然而我们现在还不是好好地呆在地球? 第二,这些微型黑洞不仅仅是一些小黑洞,它们实际上只有亚原子大小,也就是跟电子或质子差不多大。甚至还不能点亮一盏电灯。 第三,这些微型黑洞很不稳定,它们很快就会垮塌。一些评论人士称,这些微型黑洞可能会被地球重力场捕获,但是它们消失得太快,根本来不及对任何人造成危害。 第四,科学家之所以会有意避而不答,并不是因为我们认为这种事情可能会发生,而是因为量子论中有一个漏洞。根据维尔纳海森贝格的"不确定原理",任何事情都有些微发生的可能性。 对撞机冒险值不值? 欧洲强子对撞机将于9月10日运行,它或许会掀开物理学崭新的一页。而对于其存在的所谓"危险",英格兰哲学家AC格雷林于今年6月在英国《卫报》上撰文阐述了自己的观点: 在科学研究的征途上,这种进退两难已经不是第一次出现了。对知识的探求经常是要冒一点风险的,例如对以往已确定之事的颠覆,或者说颠覆已确立的体系和被广泛接受的想法及观点,进而招致别人的敌意和大多数人反对;被食人族俘获或者从世界的边缘跌落。实际上,我们现在所要面临的风险与过去完全不同,所接受的挑战也是过去无法相比的。但如果让胆怯占据我们的内心,人类社会将不会取得长足发展。幸运的是,这种"如果"是不成立的,总有一些人踏上冒险之旅。如果不是这样,我们可能仍停留在原始社会。


欧洲大型强子对撞机的实验结果怎样?

欧洲核子研究中心(CERN)3月30日宣布,跨越日内瓦市郊瑞士法国边界的大型强子对撞机(Large Hadron Collider,简称LHC)上,总能量为7万亿电子伏特的两个束流对撞,在发生两次故障后最终获得成功。这是世界上目前能量最高的对撞。

资料来源于: http://scitech.people.com.cn/GB/11264642.html 此次对撞实验首次向媒体开放48小时。中国科学院高能物理所CMS(紧凑缪子线圈)实验远程控制中心通过网络向媒体直播了对撞实验过程。

  “此次对撞成功,标志着LHC的物理研究的开始,标志着一个激动人心的粒子物理新时代的到来。”中国科学院高能物理研究所粒子天体物理中心研究员陈国明说。

  据悉,对撞的两个束流,每个束流带两个束团,每个束团由50亿个质子组成,每个质子的能量为3.5万亿电子伏特。质子的速度是光速的99.999995%(比光速慢亿分之五)。按计划,本次运行后4个月内,每个束团的质子数将上升到800亿个。

  北京时间30日下午3点左右,正当记者们在高能所CMS实验远程控制中心聚精会神地观看对撞实验时,CERN传来消息:由于对撞机保护装置导致束流意外丢失,对撞未能如期实现。研究人员不得不继续对机器进行调试。

  陈国明介绍,2008年的LHC实验失败,发生爆炸事故,在其后的一年多时间,CERN对LHC进行了检修和调整,并增加了保护装置。此次束流丢失正是此保护装置所致。

  不过,CERN研究人员随即表示,这是他们意料之中的事情:“我们已经等了20年,可以再耐心等一会。”几个小时后,CERN研究人员想要再次进行对撞,又一次发生了故障。不过,功夫不负有心人,经过进一步调试后,北京时间30日晚上7点零6分,总能量为7万亿电子伏特的两个束流对撞成功。

  “做科学实验,尤其是在能量这么高的机器上开展实验,是一件非常有挑战性的事情,不会像开party一样,客人一来就可以看到庆祝的时刻。”高能所所长陈和生向记者介绍,“LHC是世界上能量最高的机器,非常复杂,在调试过程中,由于束流丢失未能如期实现对撞,并不意味此次对撞实验失败。北京正负电子对撞机在调试过程中也经常出现束流丢失的情况,这是调试过程中碰见的正常状况。”

  欧洲核子研究中心将连续运行LHC 18到24个月,以便为LHC上面的各个实验提供足够的数据来进行物理研究。这一阶段的运行过后,LHC将关机进行彻底修理,为14TeV对撞作准备。

  欧洲核子中心的所长Heuer说,两年的连续运行是一个离谱的要求,但这个努力是值得的,这可以补偿前次失败所失去的时间,使物理学家们可以有机会做出他们的成果。