数字14在讨论大型强子对撞机(LHC)时频繁出现,这是即将成为世界上最大的粒子加速器。 其位于瑞士日内瓦附近的地下,17英里(27公里)的环形设施的建设耗时14年。它的设计能量为14太电子伏特(TeV),大约是目前世界领先的加速器——伊利诺伊州费米国家加速实验室的Tevatron的七倍。
欧洲核子研究组织(CERN)的项目负责人今天宣布,下个月工作人员应该完成将机器的50,000吨磁铁冷却到比深空还冷的温度——令人震惊的-456.3华氏度(1.9开尔文),使它们准备好将反向质子束加速到接近光速并使其碰撞,以便研究人员可以筛选残骸。
预计的冷却完成日期? 7月14日那一周。
支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻工作 订阅。 通过购买订阅,您正在帮助确保关于当今塑造我们世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
毋庸置疑,开启有史以来建造的最大、最复杂的科学实验将是一个漫长的过程。“没有红色按钮可以按,” 欧洲核子研究组织发言人詹姆斯·吉利斯昨天在法国普雷韦桑的欧洲核子研究组织控制中心进行的网络新闻发布会上说。实验室计划在8月中旬将第一批质子送入环形设施,然后花几个月的时间将其加速到高能量。理想情况下,大型强子对撞机的巨型粒子探测器应该在大约同一时间准备就绪。
在启动之前,欧洲核子研究组织召集了一个由五位诺贝尔奖获得者组成的专家组,就该项目发表看法。建造大型强子对撞机的首要目的是寻找一种名为希格斯玻色子的亚原子粒子,它可以解决为什么光子(传递电磁力的粒子)没有质量,而其对应物,即W和Z玻色子(导致放射性衰变的弱核力中的有效粒子)却有质量的难题。
物理学家认为,希格斯打破了这些力之间的对称性,类似于地球引力使空间看起来有上下之分的方式。它通过像其他粒子必须穿过的糖蜜一样运作来实现这一点。最终结果是我们所知道的质量。
大多数专家组成员表示,他们相信大型强子对撞机会揭示希格斯的存在,因为其存在(或至少是类似的东西)被粒子物理学的标准模型强烈暗示,该模型描述了将原子结合在一起的三种力。(除了电磁力和弱力之外,还有强大的核力,它阻止单个质子和中子分解为更基本的称为夸克的粒子。)
发现希格斯将结束物理学历史上长达三十年的篇章。“我们都对大型强子对撞机即将启动感到非常兴奋,”加州大学圣巴巴拉分校的大卫·格罗斯说,他是2004年因阐明强核力而获得诺贝尔奖的共同获奖者。
部分热情源于标准模型非常成功,以至于物理学家没有关于如何超越它的确凿线索。专家组成员表示,比希格斯更令人感兴趣的是发现负责暗物质的粒子以及解释为什么宇宙中物质多于反物质,这两者都将在基础物理学中开辟新天地。
然后是一些更遥远的东西:加州大学伯克利分校的乔治·斯穆特因绘制出宇宙微波背景辐射,证明了大爆炸的存在,而分享了2006年诺贝尔物理学奖,他提到了发现弦理论暗示的额外空间维度的可能性。“我真的抱有很高的希望,也许太高了,”他说。
格罗斯形容自己比较保守,他说他希望大型强子对撞机揭示超对称性,这是一种提出的理论,即每个粒子都有一个更重的对应物;这样的发现可以解释暗物质的存在,并解决粒子物理学中一些挥之不去的巧合,称为统一和层次问题,这些都与为什么力的表现彼此如此不同有关。
当然,自然可能会给研究人员一个意外。密歇根大学安阿伯分校的马蒂纳斯·韦尔特曼(与荷兰乌得勒支大学的杰拉德·特·霍夫特共同获得1999年诺贝尔奖,他们对弱力所做的研究为希格斯铺平了道路)提出了一个令人沮丧但推测性的情景,即希格斯存在,但未能出现在大型强子对撞机中。他预测,如果发生这种情况,“这很可能是粒子物理学的末日”。
格罗斯说,这样的结果,与标准模型背道而驰,本身就“非常令人兴奋”。他担心的是找到希格斯而没有其他发现,因为那样就无法说服世界各国政府为未来的机器提供资金,例如提议的国际直线对撞机,该项目在12月遭受打击,当时国会取消了2008年对该项目美国研发部分的资助。
格罗斯说,如果没有来自自然的一些提示,物理学家甚至不知道要建造多大的机器才能尝试新发现。“我的噩梦是我们找到希格斯而没有其他发现,”他说。“我非常有信心我们不会那样,但这确实是一个噩梦。”
与韦尔特曼分享了他的奖项的第五位专家组成员特·霍夫特说,即使大型强子对撞机除了希格斯什么都没发现,物理学家仍将继续忙于研究它与其他粒子的相互作用方式。他说,先前的粒子加速器之所以被认为是成功的,本质上也是在做同样的事情。
讨论至少触动了一位获奖者的神经。卡洛·鲁比亚(因导致发现W和Z玻色子的实验而获得1984年物理学奖的一半)指责理论家有时“有太多的时间思考”。鲁比亚是欧洲核子研究组织的前任总干事,因其早期在该项目上的工作而被认为是大型强子对撞机之父,现在在多个欧洲机构担任科学顾问职位,他问韦尔特曼,如果大型强子对撞机没有发现希格斯,他是否会退还他的诺贝尔奖金。(韦尔特曼回答说他已经花掉了。)
尽管激动和紧迫感,所有诺贝尔奖获得者都承认,揭示自然的秘密需要时间。然而,这也成了一个敏感的话题。当被问及大型强子对撞机何时进行首次全能量实验时,鲁比亚表现出不耐烦的迹象,并指出故障是预料之中的。“这不会是错误,这不会是失败,”他说,如果出现意外的延迟。“科学界需要平静和安宁来克服所有这些问题。”
格罗斯指出,至少需要几年时间才能开始出现希格斯的证据。 4月份在圣路易斯举行的物理会议上分发的一份大型强子对撞机时间表表明,某些类型的超对称性应该甚至在希格斯出现之前就出现。
斯穆特总结道:“我们都希望这是一个革命性的局面,无论结果如何,它都会告诉我们一些事情。”