美国粒子物理学已死?是谁说的?

关于美国粒子物理学已死的说法,实在是言过其实了

物理学家发现了上帝粒子!自从日内瓦附近的大型强子对撞机(LHC)开始产生数据以来,这已成为常见的头条新闻。研究人员一直更加谨慎,并且完全否认了用于希格斯玻色子的荒谬名称,但我们都同意,LHC 确实在去年夏天发现了一种新粒子。

从 LHC 工作中得出的另一个常见结论是,过去一个世纪的物理学世界领导者美国已将火炬传递给欧洲,而美国粒子物理学注定要衰落。但是,没有强有力的证据支持这一结论。美国仍然是粒子物理学的领导者,物理学家决心保持这种地位。

可以肯定的是,关于希格斯玻色子的传奇故事的持续更新是基于来自 LHC 的数据,而 LHC 主要由欧洲资助。即便如此,美国物理学家的印记仍然不可磨灭地印在每一篇科学论文上。产生这些结果的两个合作组织——ATLAS 和 CMS——规模庞大,共有 6,600 名物理学家,其中 1,700 名来自 96 所美国大学、国家实验室和其他机构。美国科学界并未放弃粒子物理学研究。


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您也不应该认为这些美国科学家正在迁往欧洲。总的来说,这些物理学家永久驻扎在美国。虽然我们可能会飞往瑞士一段时间,但我们会回到我们在美国的家庭和工作岗位。在费米实验室 Tevatron 的鼎盛时期,情况恰恰相反。来自欧洲、亚洲和其他大陆的科学家来到美国腹地,然后登上飞机返回家园。长期以来,粒子物理学一直是一项国际事业,科学家们将前往拥有他们所需设备的实验室。科学家在两个方向上的迁移仍在继续。

粒子物理学研究向欧洲的转移主要是经济方面的。任何大型装置都很昂贵,而东道国或地区将获得在其境内设立该设施的回报。运行大型加速器需要工程师、程序员、技术人员和许多企业来支持他们。考虑到如此大规模运营的经济影响,东道国承担大部分费用是完全合适的,因为这笔钱被投入到当地经济中。LHC 的建设成本在多年内约为 100 亿美元。这笔钱用于购置和安装进行所需实验所需的组件。美国为 LHC 和探测器的建设贡献了 5.31 亿美元,这是一笔可观的数目,但仅占总额的 5%。

虽然美国物理学家在 LHC 研究中努力工作,但他们在美国也有令人兴奋的实验,其中一些实验刚刚开始。例如,在调查基础科学的各种问题的广泛国家实验室网络中,费米实验室的唯一任务是研究宇宙的重大问题。在 LHC 的存在和费米实验室过去几年的预算下降之间,人们对美国在不久的将来建造能量高到足以超越 LHC 的新加速器的希望正在减少。尽管如此,该实验室一直在推行充满活力的研究议程,研究中微子的行为,探测缪子行为的详细问题,研究暗物质和能量,改进和升级现有加速器,并对未来的加速器技术进行积极的研发。

这些不仅仅是占位符式的努力。如果美国不进行这些研究,那么这些实验将在其他地方进行,因为这些问题对于进一步了解宇宙至关重要。事实上,该实验室的高强度实验将能够探测到在更高能量的 LHC 上无法获得的现象,并将吸引来自世界各地的实验者。

这并不是说美国粒子物理学的未来一片光明。当 2008 年的经济衰退加速下滑时,能源部用于粒子物理学的预算已经下降了十年,而华盛顿持续的政治动荡使未来充满不确定性。

物理学家提出的关于宇宙起源和现实本质的问题困扰了思想家们几个世纪。在美国,我们将继续提出这些重大问题。我们期望回答其中的一些问题。

唐·林肯 是费米实验室的高级物理学家,他使用来自 CERN 大型强子对撞机的数据进行研究。他是多本科普书籍的作者,包括他的最新著作《爱因斯坦未竟的梦想:迈向万物理论的实践进展》(牛津大学出版社,2023 年)。

更多作者:唐·林肯
大众科学 杂志 第 309 卷 第 2 期本文最初以“超越上帝粒子”为标题发表在 大众科学 杂志 第 309 卷 第 2 期(),第 12 页
doi:10.1038/scientificamerican0813-12
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