LHC,遭遇危机

1、LHC ,遭遇危机大型强子对撞机设备LHC是一台埋设在法国-瑞士边境地下的环 形装置,这个加速器重达 5万吨,埋设深度约100米,有27千米长,耗 资约80亿美元.有来自50多个国家的超过6 000名物理学家在那里工 作,其中包括100多名中国研究人员.“LHB发现了新粒子 “LHC现粒子名单出炉世界各大媒体都对 它怀着巨大的期待.2022年5月,?纽约时报?以?向物理学最重大疑问 大步挺进?为题对LHC做详细介绍,文中不乏这样的词汇：他们已然准备就绪,重现宇宙诞生的景象.一次,再次,又一次事实上,每秒3千万次,让宇宙一次又一次地诞生着.但是,近年来LHC频频遭遇信任危机.转折,一个消失不见的

2、信号2022年12月16日,LHC所属的两大探测器超环面仪器ATLAS 和紧凑u子线圈CMS团队都发现了一对超高能光子,它们共带有高达 750GeV 能量单位,表示十亿电子伏特.电子伏特代表1个电子在经过1个伏特的电场加速后所获得的动能的能量.要知道现在最重的基 本粒子顶夸克的能量也只不过 173GeV而已.如此强大,且同时在两个独 立探测器上显现的信号,以前从未出现过.于是科学家群情激昂.为了探 讨这一可能变革带来的各种后果,几个月间,他们发表了500多篇论文.然而,在2022年采集的数据中,这个信号却消失了 怎么可能？是 计算出了问题还是分析出了问题？哪根线搭错了？都不是.物理学家认 为,

3、只怪他们的运气太糟.要知道,ATLAS团队的出错概率只有不到两万分之一,CMS团队那么只有不到三千分之一.2022年8月5日,在美国芝加哥召开的第 38届国际高能物理研讨会 上,LHC团队共同宣布,所谓的发现新粒子只是一个幻象.这是场噩梦这是一记重拳"真是头痛,那天,希望最终变成了失望,大局部物理 学家的反响都充满困惑和失望.这些理论家曾相信,鉴于它的强大功率, LHC应能为某种超越标准模型的假说提供证据.40年来,科学家提出了多种此类假说：超对称、额外维度、第五种根本力确实,标准模型的弊病众所周知：它无法解释 85%勺宇宙物质,无法解释宇宙中不存在反物 质,也无法解决中微子的质量问

4、题.所有这些谜团本应在巨大的圆环中找 到答案：比方一些未知粒子.因此在过去的几个月间,专家们非常渴望一 种新粒子能够成为其中的第一个.那么现在呢？如果LHC果真一无所获,就不得不否认科学家几十年来为突破标准模型所做的理论工作！能量,到达设计极限然而,LHC目前已经到达其设计能量极限,要进一步寻找新粒子,需 建设能量和精度更高的机器.这或许是30年前该工程设计之初,唯一一件没人预料到的事情.我们知道,大局部物质由分子、原子构成还有局部等离子物质,原子由质子、中子组成的原子核和绕核旋转的电子构成.而质子和中子都 由夸克和胶子组成,之后就没有发现更深层次的结构了,因此夸克、胶子和电子被称为根本粒子.

5、在物理学标准模型的62种根本粒子中,其他 61种都已被实验证实了存在,只有希格斯玻色子仍然悬而未决,它的难以捉 摸也让研究者多了几分敬畏.如果它们就存在于我们身边的话,为什么这 么多年都捕获不到它们的踪迹？实际上,每1012次的质子对撞,才可能产生一次希格斯玻色子.更麻烦的是,这种粒子一旦产生,十亿分之一秒 后就会衰变成光子和强子等其他粒子.由于它难以寻觅又极为重要,因此 也被称为 上帝粒子.2022年,科学家宣布利用 LHC发现了被称为 上帝 粒子的希格斯玻色子,完成了粒子物理所谓的檄准模型.实际上,除了长期主导但并不完整的粒子物理标准模型中已有的成员,这台机器的对撞至今没有 召唤出任何全新

6、粒子.在对撞残骸中,物 理学家没有找到能够组成暗物质的粒子,没有希格斯玻色子的兄弟姐妹, 没有额外维度存在的迹象,没有轻子夸克 一一最重要的是,也没有人们苦 苦寻找的超对称粒子.让科学界考虑 30年,却没有验证一项正确的预测 让人们能看到,这不免让科学家大失所望.噩梦？ 一无所获粒子可能隐藏在各种边缘角落.比方说,如果标量顶夸克和最轻的超 中微子超对称理论中的暗物质候选者恰巧具有几乎相同的质量,它们 可能至今还隐藏着.这是由于当撞击产生一个标量顶夸克并衰变出一个超 中微子时,只有很少的能量会以运动的形式释放.肯定还会有其他发现？ 但是越来越多的专家却预感,LHC这个庞然大物可能终将一事无成.这

7、确 实不是一个好消息.我们必须正视这种可能性,由于可能性正在大幅增 加.所谓只是验证了标准模型而已的说法越来越可信了.新物理的缺失加深了自2022年就产生的危机,当时 LHC第一次运行,证实了 8TeV 能量单位,表示兆亿电子伏特撞击将不会产生任何 超越标准模型的新物理那一年发现的希格斯玻色子是标准模型的最后一 块拼图,而非它的扩展.仍旧可能有一个救星粒子在前年晚些时候或去 年出现,或许,当数据经过长时间的积累,会在粒子身上发现细微的 惊喜,间接提供新物理的线索.但理论学家们已经逐渐开始准备接受噩梦场景了,那就是LHC根本无法把我们引向一个更加完整的自然理论.信任,遭遇危机尽管我们仍然认为科学

8、发现可以由一位天才在自家地下室的实验室里 独力完成,但事实上,为了能把质子加速到光速的99.*-*% ,让其运动质量到达静止质量的7 000倍.整个LHC对撞系统装备有9 300块磁 铁,并被冷却至-271.25 C.驱动这些探测器所需的电力供给是惊人的, 几乎相当于北京市所有家庭用电的总和.LHC耗资大约80亿美元,其后每年所需的经费约为2.86亿美元.事实上每年仅电费消耗就达2 350万美元.要维持大型强子对撞机设备的正常运转,每年的预算开支至少达 10亿美元.没有成果,如果LHC在未来20年内能做到的只不过是验证标准模 型,研究人员又如何说服决策者和其他领域的同事继续这项工作呢？拿什 么理由来提出建造下一代对撞机的方案,或者更直接,要如何吸引青年才 俊继续投身这一研究领域？它曾有时机掀起一场革命.现在,似乎一切讨论都结束了,LHC的葬礼或许又开启了一个新纪元.如果标