希格斯玻色子、惰性中微子和自旋电子学:林道诺贝尔奖得主大会,第二天

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


随着人们对明天在大型强子对撞机工作的科学家们即将发布的公告感到兴奋,今天的林道诺贝尔奖得主大会以希格斯玻色子为开端,探讨了一些神秘的中微子异常现象,并展望了自旋电子学在信息和通信技术中即将到来的一些实际应用。(您可以在这份深度报道中阅读我们本周的所有报道,包括参加会议的年轻科学家“30位30岁以下”的系列人物简介。另请参阅林道诺贝尔社区博客。)

马丁纽斯·J.G.·韦尔特曼,他因其在物理学中弱电相互作用的量子结构方面的工作而于1999年获得诺贝尔奖,他对希格斯玻色子——完成粒子物理学标准模型所必需的缺失粒子——可能即将被宣布的想法表示近乎遗憾。“如果他们在大型强子对撞机上发现希格斯玻色子,那意味着什么?”他问道。“首先,它完善了标准模型。” 然而,实际上,“那关闭了一扇门,”他说,这意味着目前尚不清楚接下来可以立即进行哪些类似的新实验。“发现希格斯玻色子有点糟糕。” 当然,发现希格斯玻色子并不能解决物理学的所有问题。韦尔特曼感到困惑的一个问题是,特别是,粒子为什么会以三代出现,这由一种称为自旋的内在属性定义。“超对称性有望解释为什么存在三代,但迄今为止它从未实现这一承诺,”他说。“这个问题,我认为比希格斯玻色子更奇怪,更遥远。”

“对我来说,最吸引人的新物理学愿景是超对称性,”戴维·格罗斯赞同道,他因发现强相互作用理论中的渐近自由而分享了2004年的诺贝尔奖,并且是《大众科学》的顾问。大型强子对撞机或许能够测试关于超对称性的一些问题。


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卡洛·鲁比亚,他因对W和Z粒子发现的贡献而于1984年获奖,他转向了另一个难题:反应堆中异常的中微子读数。

“中微子质量和振荡代表了标准模型之外物理学的主要实验证据,”鲁比亚说。来自多项寻找一种称为惰性中微子的假想类型的实验的证据可能正在积累。它们除了引力外不会发生相互作用,这使得它们非常难以探测。如果它们足够重,它们可能会构成冷暗物质或暖暗物质。“也许那里有什么,”鲁比亚在谈到显示“缺失”中微子的实验结果时说——可能是惰性中微子。“这肯定是一个很大的问号,我们必须更好地理解它。” 正在投入使用的更好的实验设备可能会提供答案。鲁比亚说,有114个机构以某种方式致力于解决这个问题。“惰性中微子实验正在发生一场真正的革命,”他说,这项努力“相当于大型强子对撞机类型的实验。”

阿尔伯特·费尔,他因发现用于电脑硬盘的巨磁阻效应而分享了2007年的诺贝尔奖,他讨论了自旋电子学的进展,这是一种不仅使用电子的电荷,还使用一种称为自旋的量子属性的电子学,自旋使电子像微小的条形磁铁一样工作。费尔说,除了今天的基于巨磁阻效应的M-RAM(磁性随机存取存储器)之外,下一代存储器将是STT-RAM(STT代表自旋转移矩),其中仅使用自旋来影响磁性存储层中的变化。费尔说,STT-RAM可能在一两年内出现在产品中,他还说,结合了半导体和自旋电子学的混合结构可能是超越当今CMOS闪存的第一步。

最后,威廉·D·菲利普斯,他因在利用激光冷却和捕获原子方面的工作而分享了1997年的诺贝尔奖,他谈到了最近在创建可以作用于超冷中性原子的人工磁场方面的工作,方法是使用一对 направленный 到铷原子的激光器。菲利普斯说,使用这种人工磁场来创建模拟可能有助于探究关于物质量子相的问题,“这是戴维·格罗斯今天上午提到的尚未知的问题之一”。“量子力学中的一些问题很容易陈述,但不可能计算,至少用我们今天拥有的任何计算机都无法计算,”菲利普斯说。“解决这个问题的方法之一是让自然界进行计算[使用超冷原子]并测量答案。”

Mariette DiChristina, Steering Group chair, is dean and professor of the practice in journalism at the Boston University College of Communication. She was formerly editor in chief of 大众科学 and executive vice president, Magazines, for Springer Nature.

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