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揭秘世界最大對(duì)撞機(jī):將破解五大科學(xué)謎團(tuán)

來(lái)源:香格里拉網(wǎng) 作者: 發(fā)布時(shí)間:2008-08-28 09:46:49

CERN的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)隧道內(nèi)的冷磁體

  導(dǎo)語(yǔ):北京時(shí)間8月28日消息,歐洲核子研究中心已于8月7日宣布將于9月10日啟動(dòng)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)。這個(gè)世界上最大的機(jī)器,除了為有望揭開宇宙起源的奧秘,還將揭開哪些謎團(tuán)呢?以下就是歐洲核子研究中心網(wǎng)站上披露的有關(guān)信息。

  過(guò)去幾十年來(lái),物理學(xué)家不斷在細(xì)節(jié)上加深對(duì)構(gòu)成宇宙的基本粒子及其交互作用的了解。了解的加深讓粒子物理學(xué)的“標(biāo)準(zhǔn)模型”變得更為豐滿,但這個(gè)模型中仍存在縫隙,以至于我們無(wú)法繪制一幅完整的圖畫。為了幫助科學(xué)家揭示粒子物理學(xué)上這些關(guān)鍵性的未解之謎,需要大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持,大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)便擔(dān)負(fù)起“數(shù)據(jù)提供者”的角色,這也是非常重要的一個(gè)步驟。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)能夠?qū)墒|(zhì)子加速到空前的能量狀態(tài)而后發(fā)生相撞,此時(shí)的撞擊可能帶來(lái)意想不到的結(jié)果,絕對(duì)是任何人都無(wú)法想象的。

  牛頓未完成的工作——什么是質(zhì)量?

  質(zhì)量的起源是什么?為什么微小粒子擁有質(zhì)量,而其它一些粒子卻沒(méi)有這種“待遇”?對(duì)于這些問(wèn)題,科學(xué)家到現(xiàn)在也沒(méi)有找到一個(gè)確切答案。最有可能的解釋似乎可以在希伯斯玻色子身上找到。希伯斯玻色子是“標(biāo)準(zhǔn)模型”這一粒子物理學(xué)理論中最后一種尚未被發(fā)現(xiàn)的粒子,它的存在是整個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)模型”的基石。早在1964年,蘇格蘭物理學(xué)家彼得·希格斯(Peter Higgs)便首次預(yù)言存在這種粒子,但迄今為止,科學(xué)家仍未見過(guò)它的廬山真面目。

  ATLAS 和 CMS實(shí)驗(yàn)將積極尋找這種難于捉摸的粒子存在跡象。

  一個(gè)“看不見”的問(wèn)題——96%的宇宙由什么構(gòu)成?

  我們?cè)谟钪嬷锌吹降囊磺小獜男∥浵伒骄薮蟮男窍怠际怯善胀W訕?gòu)成的。這些粒子被統(tǒng)稱為物質(zhì),它們構(gòu)成了4%的宇宙。余下的部分據(jù)信由暗物質(zhì)和暗能量構(gòu)成,對(duì)它們進(jìn)行探測(cè)和研究的難度不可想象。研究暗物質(zhì)和暗能量的性質(zhì)是當(dāng)今粒子物理學(xué)和宇宙學(xué)面臨的最大挑戰(zhàn)之一。

  ATLAS 和 CMS實(shí)驗(yàn)將尋找超級(jí)對(duì)稱的粒子,用于驗(yàn)證一種與暗物質(zhì)構(gòu)成有關(guān)的假設(shè)。

  大自然的偏好——為什么找不到反物質(zhì)?

  我們生活在一個(gè)由物質(zhì)構(gòu)成的世界,宇宙萬(wàn)物——包括我們?nèi)祟愒趦?nèi)都是由物質(zhì)構(gòu)成的。反物質(zhì)就像物質(zhì)的一個(gè)孿生兄弟,但它卻攜帶相反電荷。在宇宙誕生時(shí),“大爆炸”產(chǎn)生了相同數(shù)量的物質(zhì)和反物質(zhì)。然而,一旦這對(duì)孿生兄弟碰面,它們就會(huì)“同歸于盡”,并最終轉(zhuǎn)換成能量。不知何故,少量物質(zhì)幸存下來(lái),并形成我們現(xiàn)在生活的宇宙,而它的孿生兄弟反物質(zhì)卻幾乎消失得無(wú)影無(wú)蹤。為什么大自然不能一碗水端平,平等對(duì)待這對(duì)孿生兄弟呢?

  LHCb實(shí)驗(yàn)將尋找物質(zhì)與反物質(zhì)之間的差異,幫助解釋大自然為何如此偏向。此前的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)觀察到兩者之間的些許不同,但迄今為止的研究發(fā)現(xiàn)還不足以解釋宇宙中的物質(zhì)和暗物質(zhì)為何在數(shù)量上呈現(xiàn)出明顯的不均衡。

  “大爆炸”的秘密——物質(zhì)在宇宙誕生后的第一秒呈什么狀態(tài)?

  構(gòu)成宇宙萬(wàn)物的物質(zhì)據(jù)信來(lái)源于一系列密集而熾熱的基本粒子?,F(xiàn)在宇宙中的普通物質(zhì)由原子構(gòu)成,原子擁有一個(gè)由質(zhì)子和中子構(gòu)成的核子,質(zhì)子和中子都是被稱之為“膠子”的其它粒子束縛夸克形成的。這種束縛非常強(qiáng)大,但在最初的宇宙,由于溫度極高加之能量巨大,膠子很難將夸克結(jié)合在一起。也就是說(shuō),這種束縛似乎是在“大爆炸”發(fā)生后的最初幾微秒內(nèi)形成的,此時(shí)的宇宙擁有一個(gè)由夸克和膠子構(gòu)成的非常熾熱而密集的混合物,也就是所說(shuō)的“夸克-膠子等離子體”。

  ALICE實(shí)驗(yàn)將利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)模擬大爆炸發(fā)生后的原始宇宙形態(tài),分析夸克-膠子等離子體的性質(zhì)。

  隱藏的世界——空間的額外維度真的存在嗎?

  根據(jù)愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論,人類生存的三維空間加上時(shí)間軸即構(gòu)成所謂四維空間。后來(lái)的理論認(rèn)為,可能存在擁有隱藏維度的空間。弦理論便暗示額外的空間維度尚未被人類觀察到,它們似乎會(huì)在高能條件下顯現(xiàn)出來(lái)?;谶@種推測(cè),科學(xué)家將對(duì)所有探測(cè)器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)分析,以尋找額外維度存在跡象。(來(lái)源:新浪科技)

責(zé)任編輯:和玉鳳