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3 疯狂的实验(第3页)

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这是一颗重磅炸弹,立即引发了激烈的反响和讨论。

当其他团体探究到相同的信号时,问题就解决了:没有人看到它们。

DORIS自己的物理学家在收集了更多的数据后,最终承认信号从未返回过。

没有人知道这到底是一个错误,还是统计上的恶性波动。

在接下来的几十年里,寻找希格斯玻色子的过程中陆续出现其他错误的警报,但是,这颇具争议的第一次警报的作用,是将发现希格斯粒子的重要性推向了关注中心。

从那时起,所有新的实验都把大量的注意力投到希格斯粒子的研究上。

“指环王”

—各式各样的储存环

要发现新的粒子,首先需要的是一个能够产生它们的加速器。

也就是说,这个粒子加速器能够让碰撞发生,并且在碰撞中形成的能量大于要产生的粒子的质量。

这是爱因斯坦著名的质能等价理论的应用。

当一束粒子与另一束粒子相互碰撞时,碰撞的能量可以转化为质量:碰撞的能量越大,产生的粒子质量越大,我们就越接近大爆炸之后宇宙的最初时刻。

因此,加速器的竞赛越来越激烈了。

用于碰撞的粒子,人们使用的通常是最常见的粒子,其中包括带电荷粒子:电子、质子,有时还包括它们的反粒子(正电子和反质子)。

电荷必不可少,因为可以利用电磁定律使它们加速,并且让它们保持在轨道中。

强电场会产生增强其能量所需的加速度,而强磁场会使加速粒子的轨迹弯曲,使其绕着环形轨道运动。

一种早期的粒子加速器使用电子和正电子,它们是点状粒子。

当它们正面碰撞时,就会湮灭,也就是说,它们完全消失了,它们的能量完全转化为其他粒子。

从实验的角度来看,情况非常清楚,过程也简单,可以在最接近理想状态的情况下产生和研究新粒子。

以电子和正电子为基础的加速器,其缺点在于粒子无法达到太高的能量。

这些粒子实际上是轻质的,当它们在环形轨道上运动时,它们通过辐射损失了相当一部分的能量,也就是说,它们会发出一种特殊形式的光,也被称为同步辐射。

使用质子(或反质子)的加速器则不存在上述缺点。

质子比电子重得多,发出同步辐射的可能性要小得多,因此质子可以被加速到更高的能量。

然而,与电子不同,质子不是点状粒子,而是由夸克和胶子组成的复杂结构。

这使得碰撞更加复杂。

如果我们可以将质子扩大到一个房间的大小,就会发现物质的区域将只占总体积的很小一部分。

组成这个空间的夸克,以及相互交换且因为自身之间的强相互作用而留在这个空间的胶子,直径都只有几毫米的大小,因此,在大多数情况下,当两个质子发生碰撞时,没有发生什么真正有趣的事情就不足为奇了。

在大多数情况下,碰撞是在外围发生的,两个质子在一定距离处相互作用,并从碰撞中毫发无损地出来,只是略微偏离了它们原来的运动轨迹。

当碰撞变为某种正面碰撞时,质子会分裂,部分能量会转化为新的粒子。

在极少数情况下,正面碰撞影响到夸克和胶子物质集中的小区域时,可以利用的能量最大,而且在极罕见的情况下,会产生质量最大的粒子,包括可能是前所未有的粒子。

由于只有一小部分的质子参与了夸克或胶子之间的正面碰撞,可用于产生新粒子的最大能量也只是加速质子总能量的一小部分。

过去几十年的经验告诉我们,主要的两类加速器在某些方面是互补的。

电子加速器是进行精确研究的理想工具,而质子加速器则是卓越的探索加速器,是探索能量前沿、寻找新粒子的先驱。

对于两种加速器而言,能量都是基本参数。

首先,由于低于一定的阈值,直接产生人们所寻找的大质量粒子是没有希望的。

其次,由于产生粒子的概率随着能量的增加而大幅增加:能量越高,产生的给定质量的粒子就越多。

如果我们能产生大量的粒子,我们就能选择最清晰的衰变模式,促成最明显信号的特征,或许还能发现一些基本的东西,帮助我们比其他人更早地了解宇宙。

高能意味着只有使用极强的磁场,也就是非常昂贵的磁铁,才能阻止粒子沿圆周轨道旋转。

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