你知道欧洲核子研究中心吗?
不知道也没有关系,它是一个位于瑞士日内瓦的国际性研究机构,其主要任务是进行基础物理研究,特别是研究微观世界的基本组成和相互作用。
那里有世界上最强大的强子对撞机,主要任务是模拟宇宙大爆炸后宇宙的初始状态,探索基本粒子之间的相互作用,并研究新物理现象和未知的粒子。
这里要说的希格斯玻色子就是通过这台强子对撞机发现的。
如今,希格斯玻色子又出现新的问题使科学家们挠头不已,可掉了不少头发。
比如,希格斯玻色子在宇宙大爆炸中扮演了什么角色?它是如何影响宇宙演化的?
最重要的是,希格斯玻色子能否解释物理学标准模型无法回答的其它问题?
首先,带你最简单的理解什么是希格斯玻色子。
宇宙中的所有物质,无论是微小的粒子还是巨大的物体,它们都是有质量的。
但是,它们的质量是如何产生的呢?
科学家们发现,有一种特殊的“场”叫做希格斯场,它就像一张巨大的、无形的网,遍布在整个宇宙中。
当所有的粒子与这张网发生作用时,它们就可以获得质量了。
而希格斯玻色子,就是这张网上传递质量的“使者”,也可以叫媒介。
所以,你可以把希格斯玻色子想象成是宇宙中一种非常特别的“信使”,它帮助粒子与希格斯场相互作用,从而让粒子获得质量。
发现了希格斯玻色子,科学家们就能够理解为什么有些粒子很重,有些粒子很轻,因为它们与希格斯场的作用程度不同。
发现和了解是两回事,虽然科学家们发现了希格斯玻色子,但对它仍有许多未知。
但只要科学家们可以揭开这些未知,他们就有信心开启物理学的新领域。
然而,想要深入了解希格斯玻色子,欧洲核子研究中心就必须建造一个更大、更好、更强大的粒子加速器。
这也正是欧洲核子研究中心目前所要克服的挑战。
至于新建的粒子加速器在性能方面会不会超过现在这台强子对撞机,目前还是未知数。
物理学家们长久以来都坚信,宇宙的结构远超我们视觉所能触及的范畴。
然而,遗憾的是,尽管经过无数年的深入研究与实验,科学家们仍未能证实那些神秘的“幽灵粒子”的真实存在,但也不能证明它们不存在。
目前的粒子物理学理论被称为标准模型,根据这一模型,宇宙万物由17个粒子家族组成。
其中一些粒子,如电子和希格斯玻色子是经常被科学家们提起的。
而其它的粒子如粲夸克、中微子和胶子则默默地造就了我们看到的宇宙万物。
标准模型是我们所知道的关于宇宙的一切,但它只能解释了宇宙中5%的物质。
如果你觉得震惊也不奇怪,因为科学家们也很意外,如此庞大的宇宙只有5%是由正常物质构成的,其余由暗能量和暗物质组成,后者主导着我们周围的一切,占宇宙的69%。
但什么是暗能量和暗物质呢?
暗能量和暗物质很难被探测到,因为它们很少与正常物质发生相互作用。
但你可以把它们想象成四处飘荡的鬼魂,可以轻而易举地穿过万物,目前没有任何设备能够捕捉到它们。
科学家们知道暗物质存在的原因,是因为他们观察到暗物质与引力之间有一种特殊的相互作用。
这种相互作用使得暗物质能够影响我们能看到的物质(比如星球和星系),进而改变了光线的传播方式。
虽然我们不能直接看到暗物质,但我们可以通过它对这些可见物质和光线的影响来推断出它的存在。
如果你认为暗物质已经很棘手,那么暗能量的探测则更具挑战性。
暗能量是科学家们观察到的推动宇宙加速膨胀的力量。
科学家们认为,在大爆炸之后,宇宙突然膨胀,然后膨胀几乎停止了一段时间,宇宙又开始膨胀,这种膨胀一直持续到今天。
而推动这种膨胀的主导力量就是暗能量。
但这个答案还是存在许多问题,科学家们对暗能量一无所知,就像他们第一次提出这一理论时一样毫无头绪。
科学家们对暗能量的存在感到恐惧,因为它证明了我们并不理解驱动我们宇宙的根本力量。
有人是这样解释暗能量的,想象一个荡秋千的孩子,当你推一个荡秋千的孩子时,秋千就会运动起来。
秋千可能会继续荡一会儿,但它最终会停止运动,无需你做任何动作。
宇宙大爆炸就像第一次推动了宇宙的运动,但宇宙仍在不断膨胀,但我们却看不到任何推动它的力量。
这种力量,即暗能量,正在悄悄的改变我们的空间结构。
因此,它的重要性不言而喻,科学家们非常渴望能够破解暗物质和暗能量的密码。
科学家们有一种理论上的信心,即暗物质在某些特定条件下可能会分解成我们已知的基本粒子(这些粒子被称为“标准模型粒子”)。
如果这种情况发生,科学家们就有机会通过现有的探测技术来捕捉到这些暗物质粒子存在的证据。
虽然科学家们对暗物质的存在有理论上的推测,但目前世界上最大的粒子加速器——大型强子对撞机(LHC)还没有找到任何不属于标准模型的粒子。
这降低了LHC直接探测到暗物质粒子的可能性。
但是,科学家们并没有因此放弃对暗物质和暗能量的研究,他们将继续寻找其它方法和手段来探索这些未知的领域。
很快,大型强子对撞机将被一个更大、更好、更强大的粒子加速器所取代。
这个新的粒子加速器被命名为未来环形对撞机(FCC),它将使大型强子对撞机在规模和功率上相形见绌。
它将在法国和瑞士的管辖下运行,就像目前的大型强子对撞机一样。
新加速器的性能将是旧加速器的三倍以上。
欧洲核子研究中心目前的粒子加速器绵延27千米,但未来的加速器将长达900千米。
新的加速器将以与大型强子对撞机相同的方式运行,即加速带电粒子绕圈运行,使用超导磁体,然后将它们在达到光速时撞击在一起。
科学家们期待通过这一新的工具,能够更深入地探索暗物质和暗能量的奥秘。
在新对撞机投入使用之前,今年漫长过程的第一步是可行性研究,该研究应在2025年之前完成,然后由欧洲核子研究中心的成员国决定是否应继续进行FCC项目。
如果计划获得批准,建造工程将于2030年中期开始,对撞机将分阶段完成。
第一阶段是电子正负电子对撞机(FCCE)将于2045年开始运行。
FCC的第二台机器将是质子对撞加速器(FCC-hh),与FCCE一同埋在瑞士日内瓦湖附近的阿尔卑斯山下的同一条疏散隧道中,但这台机器要到2070年才能投入使用。
该项目的第一阶段估计将耗资170亿美元,但这被认为是揭开黑暗宇宙秘密的很小的代价。
然而,并非所有人都支持这个新的全能对撞机。
许多人认为世界并不需要另一个粒子加速器,即使它比上一台更大更好。
同样,批评者认为改进后的对撞机不会有任何重大发现。
那么,新对撞机能否揭示宇宙的奥秘呢?
目前还都是未知数!