巨型对撞机、粒子物理与中国科学发展

来源 :科学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:scenery747
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  《从万里长城到巨型对撞机》讲述了一个非凡的故事,那就是人类对微观世界从原子到夸克的好奇心如何同时改变了我们对宇宙以及对我们自身存在的理解。这个故事穿越两千年,从古希腊的原子论者出发,在随后的千年中缓慢推进,而从汤姆孙(J.J.Thomson)发现电子到近来发现希格斯玻色子这大约120年里,它则以惊人的步伐加速前进。
  2012年7月4日,欧洲核子研究中心(CERN)宣布发现希格斯玻色子,这是整个科学史乃至人类全部历史中的重大里程碑,向我们揭示了关于宇宙的非凡事实。如今我们知道,我们的宇宙填充着一种量子场,它对于我们自身的存在,以及我们所知的一切存在物都至关重要。若不是它,电子就没有质量,原子就不会形成,因而也就没有恒星,没有地球,没有人类!希格斯玻色子的发现完成了粒子物理学的标准模型,这是人类有史以来对自然界在最基本的层次上最全面的描述。但这并不是故事的终结。的确,在一本激动人心的著作中,最好将这看作其中一章的结束。
  希格斯玻色子虽然回答了许多重要而深刻的问题,但是它提出的新问题比它解决的问题还要多。在标准模型外,在我们所能确切解释的事实外,还有新的奥秘。如今我们知道,宇宙物质的绝大多数并非我们熟知的物质,而是一种我们看不见且尚无任何理解的暗物质。不过我们知道,暗物质能够解释宇宙的大尺度结构,而且还能解释恒星在星系中令人困惑的运动。这种暗物质也许与超对称有关。超对称是一种非常基本的理论,它提出了一系列新的基本粒子。目前CERN正在积极搜寻它们。或者,暗物质也可能全然是另一种东西,很可能大大出乎人们的预料。不过大致可以确定的是,无论它是什么,都与希格斯玻色子有着某种联系,所以这种新粒子很可能就是给这段光辉历史进程打开下一篇章大门的钥匙。
  正因如此,中国乃至全世界的粒子物理学家,都对在中国建造巨型对撞机的可能性激动不已。中国巨型对撞机的第一阶段将是环形正负电子对撞机(CEPC),它使正负电子在240吉电子伏能量尺度发生对撞。这正是产生在CERN发现的那种希格斯玻色子所需的能量。这台对撞机将大量产生希格斯玻色子,从而使我们以空前的精度研究其性质。事实上,物理学家可以通过精确测量寻找对粒子物理标准模型预言的细微偏离,从而提供关于新物理领域的无可争辩的证据,并对今后的实验与理论给予重要指引。当然,实验结果对标准模型没有任何偏差也将是同等重要的事实,因为这将为我们提供宝贵线索,帮助我们排除许多假想的新物理模型。无论如何,这台机器将在一个全新的基本层次上观察自然,也会将中国推向基础科学的最前沿。
  在粒子物理学家看来,中国巨型对撞机所能取得的潜在突破非常清楚,并且意义重大。而中国从中所能取得的收益也同样清楚和引人注目。粒子物理学既有许多实在的益处,又有一些巨大而无形的效益。首先,从最基本的层面研究宇宙如何运转是历史悠久的传统,对这一领域的贡献将是永恒的。因而这在文化层面上就极端重要。它能带来声誉、承载历史意义、并鼓舞人心。我想指出,物理学经常是通过关于我们在宇宙中的位置这样的大问题吸引年轻人,然而一旦他们进入物理学领域,就还会看到像拓扑绝缘体这样美妙的东西,他们从前肯定想象不到会对之发生兴趣,而且这些东西还有巨大的实用价值。粒子物理俘获想象力,并极大地推动了科学进步,这对所有科学领域都大有裨益。此外,我们还有像万维网这样的意外收获。粒子物理领域还创造了超导线与超导强场磁铁,同时为医学诊断研发了加速器,将辐射探测器应用到医学影像学中。
  《从万里长城到巨型对撞机》一书讲述了粒子物理学如何改变了我们日常生活的精彩故事,尽管在任何时候,粒子物理看上去似乎都与我们的日常生活毫无关系。本书还讲述了粒子物理学怎样为了一个更伟大的目标,而成就了迄今为止全球和平与合作的最佳典范。而这一点将是未来世界所愈加需要的。最后,此书描述了一台位于中国的巨型对撞机的激动人心的可能性,它将成为通往下一个重大突破和进入粒子物理学新篇章的桥梁。
  中国人是当今现代世界中最伟大的民族之一,因此,在人类对宇宙最为古老、最为基础、最为深刻的研究进行到最为激动人心的关头,中国完全适合成为其新的领导者。
其他文献
1931年10月1日,唐孝威出生于上海。祖父是我国著名教育家、上海交通大学首任校长、国学大师唐文治;外祖父陆勤之曾任交通大学总务长;伯父和父亲皆曾赴美留学。在这样的一个书香门第,他自小就受到良好的家庭教育,祖父即是他的启蒙老师。  书香门第走出的“少年布尔什维克”  幼时,正逢日寇侵华。懵懂的唐孝威,经祖父的教诲以及耳闻目睹日寇残暴屠殺同胞的血腥事实,自小即在稚嫩的心灵里埋下强国雪耻的种子。  1
期刊
寨卡病毒隶属黄病毒科黄病毒属,其感染途径有蚊虫转播、性传播和母婴间垂直传播等。至今尚未研制出有效的防御性疫苗和治疗药物,控制传播途径是目前最好的防治措施。  1947年,美国科学家在乌干达寨卡丛林(zikaforest)中一只举止异常的恒河猴上发现了一种新病毒,并命名它为寨卡病毒(Zika virus)。7年之后,寨卡病毒首次在一名10岁的尼日利亚女患者血清中被分离出来。之后半个多世纪里,报道的感
期刊
据德国《世界报》网站报道,一项最新调查表明,2016年中国中车集团公司在全球高铁市场占据69%的份额,而在2007年之前,高铁市场完全被欧洲(主要是法、德两国)与日本的公司垄断。从2004年中国开始全面引进国外高铁动车组技术算起,至今不过12年,中国已从高铁先进技术的追赶者,成功转身成为高铁先进技术装备的提供者,进而向高铁先进技术的引领者迈进。  2016年8月15日6时10分,G8041次列车驶
期刊
今年是克里克100周年诞辰。虽然克里克的名字随着DNA双螺旋的发现而家喻户晓,但是他那种勇闯不同领域、敢于践行“大科学”的研究风格,尚有待科学史家进行更深入探讨。  克里克(Francis HarryCompton Crick,1916年6月8日一2004年7月28日)生于英国北安普敦(Northampton),卒于美国加州圣迭戈的拉霍亚(La Jolla,San Diego),是一位跨世纪、跨学
期刊
《科学》的历史回顾  中国科学社成立于1915年10月25日。由留学美国康奈尔大学的中国学生发起,前身是1914年为创办《科学》杂志而成立的科学社。  在创办《科学》的“缘起”上签名的九位留学生是:胡达(后改名胡明复)、赵元任、周仁、秉志、章元善、过探先、金邦正、杨铨、任鸿隽。他们也正是科学社的发起人。  中国科学社以“联络同志、研究学术,以共图中国科学之发达”为宗旨,是中国最早的现代科学学术团体
期刊
2015年度的诺贝尔物理学奖授予了日本科学家梶田隆章(Takaaki Kaiita)和加拿大科学家麦克唐纳(Anhur B.McDonald),以表彰他们在发现中微子振荡方面所作的贡献。棍田隆章和他的团队在17年前发现了u中微子在穿越上千公里的地球大气层,最终到达位于日本本州岛中部的超级神冈中微子探测器(Super-Kamiokande)过程中,消失又再现。这提供了中微子振荡的确切证据,揭示出中微
期刊
[本刊讯]中国科学院古脊稚动物与古人类研究所侯亚梅团队与澳大利亚伍伦贡大学、美国华盛顿大学和北京大学合作研究发现,距今17万~8万年前贵州省黔西县观音洞遗址已出现东亚最早的勒瓦娄哇(Levallois)技术。成果2018年11月20日在线发表于Nature。  勒瓦娄哇技术起源于30万年前的东非和西欧,是中更新世以来人类进化历程中技术、认知和社会生活能力显著发展的一个重要标识,是国内外考古学者关注
期刊
“基因编辑婴儿”事件反映了我国现代生物学的发展在负责任研究、伦理审查和法律监管等方面的不足要实现我国伦理、法律与现代生物学的共同演进.达到科技研究和应用所追求的公众利益最大化与风险最小化的目标,必须加强科学家与生命伦理学家的合作,避免触碰伦理准则和法律法规的红线。  科学技术的发展和应用一直受到社会、伦理、安全和法律等各领域的密切关注。这是因为科学技术在影响和改变人们生活方式和生存环境时,并非总是
期刊
菲茨杰拉德(S.Fitzgerald)有名言:“让我告诉你那些真正有钱的人是怎样的吧。他们和你或我都不一样。”这话的巧妙在于直言不讳,却似是而非。倘若把这句话用于数学家身上,那就确切不移了,这我大学三年级时才有点悟到。那时已修完高等微积分和复变函数论,都没有碰到困难,但搁在书架上多时的拓扑学却犹如天书,最后无奈抛开,心想幸好这不是自己的主修。不过,真正体会这道理是通过三位同窗的经历。特赖布(L.T
期刊
中国北方黄土高原被厚厚的黄土层覆盖着,黄土层里埋藏着我们人类先祖的活动遗迹。陕西蓝田距今163万年的古人类化石和212万年的旧石器记录了黄土高原最古老的人类活动历史,拓展了黄土序列与古人类演化序列重大科学研究的新方向。  黄河流域通常被称为我们中华民族文明的摇篮,黄河水之黄色主要是由于流经黄土高原所携带的黄土所致。黄土由非常细小(通常只有几十微米)的松散颗粒物质组成,它们厚厚地覆盖于浩瀚无垠的黄土
期刊