十年后,大型强子对撞机是一次巨大的撞击——还有更多的发现即将到来。
大型强子对撞机最大的成就之一就是发现了希格斯玻色子粒子。在这里,艺术家对希格斯场的构想,它渗透到宇宙中;当基本上粒子与这个场相互作用时,它们是有质量的。
信用:欧洲核子研究中心

回到2008年,一束质子首先绕着大型强子对撞机(LHC)移动,世界上最强大的粒子加速器。现在,十年后,现在是时候评估一下我们所学到的东西了,这要归功于这个设施以及前方的情况。

这项计算包括大型强子对撞机可以进行的未来研究,以及可能的新设施,它们可以以远超大型强子对撞机所能达到的能量碰撞粒子。两个,或者三个,已经提议更换大型强子对撞机。所以,让我们回顾一下过去十年我们在哪里,我们在哪里。

大型强子对撞机的故事既令人兴奋又动荡不安,在仪器运行的最初几天,发生了从灾难性损坏到巨大磁铁的各种事件,像凤凰一样从悲剧中崛起,接下来是坚实而激动人心的发现,包括希格斯玻色子的发现.这一发现为彼得·希格斯和弗朗索瓦·恩格尔特赢得了诺贝尔奖,正如他们半个多世纪前预测的那样。世界上很少有人会密切关注粒子物理新闻,徳赢 pk10但希格斯粒子的发现在全球引起了新闻广播。徳赢 pk10[5个希格斯粒子之外的难以捉摸的粒子]

物理学家也在他们的座位边缘,等待他们所希望的是意想不到的发现。近半个世纪以来,科学家们已经对亚原子物质的行为有了最新的理论理解。这种理解被称为粒子物理标准模型.

该模型解释了普通物质的分子和原子的观察行为,甚至是已知的最小积木的观察行为。这些粒子叫做夸克和轻子,在组成原子核的质子和中子中发现夸克,电子是最熟悉的轻子。标准模型还解释了所有已知力的行为,除了重力.这真是一项非凡的科学成就。

然而,标准模型并不能解释理论物理中的所有事情。它不能解释为什么夸克和轻子似乎存在于三个不同的位置,但几乎相同的配置,,称为代.(为什么是三?为什么不是两个?还是四?还是一个?还是20?)这个模型不能解释为什么我们的宇宙是完全由物质构成的,当对爱因斯坦相对论最简单的理解认为宇宙中也应该包含等量的反物质时。

标准模型并不能解释为什么宇宙研究表明普通原子物质仅占宇宙物质和能量的5%。其余的被认为是由暗物质暗能量.暗物质是物质的一种形式,只经历重力而没有其他基本力,而暗能量是一种排斥引力的形式,渗透到宇宙中。[物理学中最大的18个未解之谜]

在大型强子对撞机首次运行之前,像我这样的物理学家希望原子加速器能帮助我们回答这些令人费解的问题。最常见的解释这些难题的候选理论被称为超对称性.这表明所有已知的亚原子粒子超级合伙人对应粒子。这些,反过来,可以为暗物质提供解释并回答其他一些问题。然而,物理学家没有观察到任何超对称性。另外,大型强子对撞机的数据排除了最简单的包含超对称性的理论。所以,大型强子对撞机完成了什么??

好,除了希格斯玻色子以外,大型强子对撞机已经向四个大型实验合作提供了数据,导致超过2个,000篇科学论文。在大型强子对撞机内部粒子以6.5倍于费米实验室电子伏特加速器,四分之一世纪以来,它一直是世界上最强大的粒子加速器,直到强子对撞机夺走了王冠。

世界上最大的原子加速器,大型强子对撞机,在法瑞边境下形成一个17英里长(27公里)的环。
世界上最大的原子加速器,大型强子对撞机,在法瑞边境下形成一个17英里长(27公里)的环。
信用证:Maximilien Brice/CERN

这些标准模型的测试非常重要。任何一种测量结果都可能与预测不符,这将导致一个发现。然而,事实证明,标准模型是一个很好的理论,它对强子对撞能量做出了准确的预测,就像对早期的Tevatron中的能级所做的那样。

所以,这是个问题吗?在一个非常真实的意义上,答案是否定的。毕竟,,科学就是检验和拒绝错误的新思想。因为它是关于验证正确的。

另一方面,不可否认的是,科学家们发现之前没有预测到的现象会更加兴奋。这种类型的发现推动了人类的知识,最终改写教科书。

所以,现在怎么办?大型强子对撞机的故事讲完了吗?几乎没有。的确,研究人员正期待着对设备的改进,这将有助于他们研究使用当前技术无法解决的问题。vwin快乐彩这个LHC于2018年12月初关闭两年的翻新和升级。当加速器在2021年春天恢复运行时,它将以轻微的能量增加返回,但每秒的碰撞次数将增加一倍。考虑到未来计划的升级,到目前为止,大型强子对撞机的科学家只记录了预期数据的3%。虽然筛选所有的发现需要很多年,目前的计划是记录的数据是迄今为止获得的数据的30倍。有了更多的数据,大型强子对撞机还有很多故事要讲。

仍然,虽然大型强子对撞机可能还要运行20年,这是完全合理的,“下一步是什么?“粒子物理学家正在考虑建造一个后续的粒子加速器来取代大型强子对撞机。遵循大型强子对撞机的传统,一种可能是以令人难以置信的能量——100万亿电子伏(TEV)将质子束碰撞在一起。这远远大于大型强子对撞机的最高能力14 tev。但要实现这些能量需要两件事:第一,我们需要制造出比在大型强子对撞机周围推动粒子的强两倍的磁铁。这被认为是具有挑战性但可以实现的。第二,我们需要另一条隧道,就像大型强子对撞机一样,但大了三倍多,球场周长61英里(100公里),比大型强子对撞机大四倍。

但是这条大隧道会建在哪里呢?它到底是什么样子的?什么光束会碰撞,能量是多少?好,这是个好问题。在设计和决策过程中,我们没有足够的距离来获得答案,但是,有两个非常庞大和有成就的物理学家小组在思考这些问题,他们每个人都提出了一个新加速器的建议。其中一个建议,主要由欧洲研究小组推动,想象一下建造一个巨大的附加加速器,最有可能位于欧洲核子研究中心实验室,就在日内瓦外。

在一个想法下,那里的设施会碰撞电子束反物质电子.由于加速质子与电子之间的差异-电子束在环形结构周围损失的能量比质子束多-这束束束将使用61英里长的隧道,但运行的能量比质子低。另一个建议是使用同样的61英里长的加速器来碰撞质子束。一个更为温和的建议是重新利用现有的大型强子对撞机隧道,但使用更强大的磁铁。这个选择只能使碰撞能量增加一倍,比大型强子对撞机现在所能做的要高,但这是一个更便宜的选择。[图片:世界顶级物理实验室]另一提议L在中国研究人员的大力支持下,想象一个全新的设施,大概是中国造的。这台加速器也有61英里左右,它会把电子和反物质电子碰撞在一起,在大约2040年转换到质子-质子碰撞之前。

这两个潜在的项目仍处于讨论阶段。最终,提出这些建议的科学家将不得不找到一个愿意承担这项法案的政府或政府团体。但在那之前,科学家们需要确定使这些新设施成为可能所需的能力和技术。vwin快乐彩两个小组最近都发布了关于他们设计的广泛而彻底的文档。这不足以建造他们提议的设施,但这已经足够好了,既可以比较未来实验室的预期性能,也可以开始进行可靠的成本预测。

调查知识的前沿是一项困难的工作,从建造如此规模的设施的第一个梦想开始,可能需要几十年的时间,通过操作到工厂的关闭。在我们庆祝大型强子对撞机第一个横梁10周年之际,值得一提的是,该设施完成了什么,未来会带来什么。在我看来,将会有令人兴奋的数据供下一代科学家研究。也许,也许,我们将进一步了解大自然迷人的秘密。

最初发表于vwin电子竞技.

唐·林肯是费米实验室.他是“的作者“大型强子对撞机:希格斯玻色子和其他会让你心烦意乱的东西的非凡故事“(约翰霍普金斯大学出版社,2014)他还进行了一系列的科学教育视频.跟着他在Facebook上.这篇评论中表达的意见是他的。

唐·林肯把这篇文章贡献给了《生命科学》杂志。vwin电子竞技专家之声:操作与洞察。