据美国《连线》杂志报道, 你一定不止一次地听说过世界最强大的机器――大型强子对撞机(LHC)将会改变我们对宇宙的基本认识,那么这种改变将会是什么?这可能是大型强子对撞机实验所获得的发现将可能会支持或推翻理论学家毕生研究的5大主要的物理学理论。大型强子对撞机以光速来开启宇宙奥秘,许多不同种类的探测器将检测这些物理学理论是否现真实世界一致。
近几十年来,物理学领域出现了越来越多的怪事,有关宇宙基本属性的理论一个接一个地涌现出来,如弦理论、多宇宙组成的宇宙和许多的维度,以及我们看不到但刚好探测到的暗物质。如今,一代理论学家将他们苦心研究的理论通过法国和瑞士边界上的这次地下深度测试来进行检验。以下就是大型强子对撞机将如何支持或排除5大主要的物理学理论:
宇宙大爆炸理论
最好假设:大型强子对撞机的ALICE实验能成功产生夸克-胶子等离子体,据信它们在宇宙大爆炸发生后只存在很短的时间。它们处于这种“流体”状态,因为早期宇宙特别热。而大型强子对撞机内上演撞击时产生的高温是太阳内部温度的10万倍。物理学家希望看到质子和中子会在这种高温条件下“熔化”,并释放被胶子束缚的夸克,从而创造出夸克-胶子等离子体。科学家计划在夸克-胶子等离子体膨胀和冷却过程中对其进行研究,观察它如何形成最终构成当前宇宙物质的粒子。这将帮助科学家回答为何质子和中子比组成它们的夸克重100倍。
最坏假设:科学家不经意间制造出一个微型黑洞,地球很快被它吞噬。好在欧洲核子物理研究组织(CERN)的科学家已经排除了大型强子对撞机将产生任何一种世界末日假设的可能性,他们认为大型强子对撞机理论上能产生的微型黑洞的能量不足以点亮一只电灯泡。另一方面,英国皇家天文学家认为这种毁灭世界的可能性只有5千万分之一,远比不上彩票中奖的机会。
弦理论
最好假设:科学家能探测到某种超对称的粒子,纽约市立大学理论物理学教授加来道雄称之为“aka sparticles”,这种粒子具有第11个维度的迹象。这将表明弦理论科学家走对了路线,宇宙真的是由我们所感知到的4个维度组成,而其它7个维度则联手构成了自然力。
最坏假设:弦理论的基本假设将会受到冒犯。大型强子对撞机将是能让科学家研究W玻色子的首部粒子加速器,而这种基本粒子是造成这种软弱力的根源。如果它们不能以某种方向分散,它将会回到一代弦理论科学家构建的制图板上。正如一位物理学家对英国《新科学家》所说:“如果我们看到了这种冒犯,人们将会非常兴奋地开始以某种更好的方式工作,从而将出现更多的这种冒犯。”
“我们的宇宙不独有”的理论
最好假设:如果科学家发现了长寿的超胶子――胶子的假设超对称伙伴,它将支持“我们的宇宙不独有”的理论。事实上,一支科学家小组强烈认为它能被看到,且是“来自多元宇宙的信使”,这理论上表明我们的宇宙是许多中的一个。
最坏假设:我们的宇宙真的是独一无二的,甚至更坏的是,它还是孤独寂寞的。
宇宙暗物质理论
最好假设:天体物理学家目前认为96%的宇宙是由我们看不见但刚好探测到的暗物质和暗能量组成的。据估计,暗物质构成了26%的宇宙,但我们至今不知道它们是由什么组成的。科学家推测中性重粒子(neutralino)是暗物质的最佳候选人。如果中性重粒子存在,它将相对容易产生,因此许多物理学家希望它将在CMS或Atlas探测器的撞击碎片中露面,以证实暗物质理论。
最坏假设:科学家将会大胆地宣布他们在大型强子对撞机的众多探测器中的一个探测器里观察到了暗物质的明显迹象。然而接下来的几周里,他们所了解的实际情况却是他们得到了错误的测量。一些物理学家认为大型强子对撞机不会精确到足以可以测量其幸运产生的任何暗物质。
粒子物理学的标准模型
最好假设:标准模型被说明得如此完好,也许一切会顺利进行。科学家肖恩·科罗尔指出:“几乎可以担保希格斯玻色子或至少有类似于希格斯玻色子的某种粒子存在。”因此最好的假设是此撞击实验会更可能发现类似于希格斯玻色子的某种粒子而不是希格斯玻色子本身。此结果并没有严重和标准模型发生决裂,只是所有前期工作对它期望过高,与此同时,此结果还能开辟新的物理学研究领域。
最坏假设:希格斯玻色子最终得到证实,这种很早就假设出来的粒子是被期望来解释粒子为何具有质量的。的确,在大型强子对撞机中发现希格斯玻色子将很好,将可以证实物理学家已经知道的许多东西,但此结果不会引发科学争论。一些科学家甚至表示他们最坏的假设是整个对撞机项目将会发现且只会发现希格斯玻色子。(元元)来源:搜狐科学
作者:
元元
编辑:
郭敏
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