本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
就其本质而言,那些最能改变我们对自然认知的发现是无法预料的
这是道格拉斯·奥谢罗夫在周三上午的讲座开始时提出的观点,他承诺告诉林道年轻的研究人员“科学进步是如何取得的”。
在他的演讲中,奥谢罗夫提出了科学家如果想取得发现应牢记的五件事。奥谢罗夫用来阐述这些观点的例子之一是阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊发现宇宙微波背景辐射(CMB)。这为他们赢得了1978年诺贝尔物理学奖,并为宇宙起源于大爆炸的膨胀宇宙提供了证据。
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彭齐亚斯和威尔逊都在贝尔实验室从事射电天文学研究,当时他们发现了宇宙微波背景辐射。“彭齐亚斯说服了美国电话电报公司,允许他和威尔逊使用这台非常精巧的高科技机器来观察来自外太空的辐射,”奥谢罗夫说。他们使用的天线最初是为了测试卫星通信的可行性而开发的,并且拥有当时最安静的接收器之一。奥谢罗夫说,重要的是要使用最好的可用设备。但你也应该确保你没有重复造轮子。奥谢罗夫说,你应该尽可能地借用技术。
找到新的和可能意想不到的东西的最佳方法是在物理景观中未被探索的区域寻找。记住,失败可能是尝试新事物的邀请。通过观察他们的数据,彭齐亚斯和威尔逊看到了他们认为是噪声的东西,均匀地分布在天空中。因此,他们试图找到噪声的来源,最终爬进了天线本身。在那里,他们发现了一些鸽子栖息。“在开始实验之前,务必检查你的实验是否有鸽巢,”奥谢罗夫说——这不是他演讲中最广泛适用的建议之一,但在某些非常具体的情况下,也许值得牢记。
以下是威尔逊在他的诺贝尔奖演讲中的原话
一对鸽子栖息在喇叭口的小部分,那里连接着温暖的舱室。它们用一种所有城市居民都熟悉的白色物质覆盖了内部。我们驱逐了鸽子并清理了它们的粪便,但天线温度仅略有下降。
奥谢罗夫的最后一个建议是,你应该注意细微的、无法解释的行为——不要只是不理会它。当即使在清理了鸽子及其粪便后,彭齐亚斯和威尔逊仍然无法消除他们测量的约3开尔文的背景辐射时,他们并没有决定将其视为噪声而只是重新校准他们的仪器。在包括吉姆·皮布尔斯在内的理论家的帮助下,他们弄清楚了原因,并最终获得了诺贝尔奖。
“你必须诱骗自然吐露它的秘密,”奥谢罗夫总结道。“这是一场有趣的游戏。”
如何发现希格斯玻色子
林道周三上午的会议在某种程度上被欧洲核子研究中心宣布发现一种看起来很像希格斯玻色子的新粒子所掩盖——这是一个长期以来一直备受期待的发现。当然,希格斯的结果并不是奥谢罗夫在他的科学进展会议上谈论的内容。但他所说的很多内容也适用于这里。
为了取得他们的发现,欧洲核子研究中心的科学家们不得不突破粒子加速器技术的界限。CMS实验发言人乔·因坎德拉在描述参与像大型强子对撞机(LHC)这样的项目时说:“我们带着物理学的目标进入[LHC]项目,但我们不一定已经拥有技术。”
但是,尽管他们开发了一些新技术,但他们并没有重复造轮子,或者在这种情况下,隧道:大型强子对撞机位于与 LEP(大型正负电子对撞机,在大型强子对撞机之前位于欧洲核子研究中心)相同的隧道中。
高能粒子物理学通过提高探测器的能量向前发展。去年,欧洲核子研究中心决定将其能量从 7 TeV 提高到 8 TeV。在林道举行的欧洲核子研究中心下午小组讨论会上,乔治·斯穆特说,这给那里的科学家带来了更多的工作,因为他们不得不再次进行大量的模拟。但他们认为,这将给他们带来的额外扩展范围是值得的。“这是一个冒险,”斯穆特说,他没有参与这项研究。“但它得到了回报。”
欧洲核子研究中心的科学家们正在探索前所未有的领域。“我们正在以一种前所未有的方式深入宇宙的结构,”因坎德拉在欧洲核子研究中心的新闻发布会上说。“我们已经完成了故事的一部分,现在我们正处于前沿。我们正处于理解的边缘。这是探索。”
与以往一样,如果这个科学发现的结果与我们预期的不完全一致,那将会更加令人兴奋。“标准模型是不完整的,”ATLAS合作组织的发言人法比奥拉·贾诺蒂说。“我希望情况会比我们今天看到的复杂得多。如果这不是标准模型希格斯玻色子,我会很高兴。”
从7月1日到6日,我将作为林道博客团队的一员在德国林道诺贝尔奖获得者大会上。您可以在这里或林道博客上阅读我的帖子。