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上帝粒子里的中国故事

发布时间:2020-07-13 14:05:14 阅读: 来源:铝隔条厂家

“我们对宇宙的理解,将要改变!”当地时间7月4日,欧洲核子研究中心(CERN)的科学家在瑞士日内瓦召开新闻发布会,表示他们发现了疑似“上帝粒子”希格斯粒子,而希格斯粒子被认为是理解宇宙万物质量来源的关键。

发现疑似“上帝粒子”的过程,渗透着“中国元素”:中国提供经费和参与科研人员所占比例在1%~2%,中国科学家在探测器建造、物理分析等工作中发挥了重要作用。

向宇宙极微处突破

“这是一台圆形的加速器,横跨瑞士和法国两国边界,深埋地下约100米,轨道周长27公里,开着车子绕一圈差不多要半个小时。&r上海哪里治银屑病好dquo;在办公室黑板上,华中师范大学粒子物理研究所所长王新年教授画出欧洲大型强子对撞机(LHC)的结构。

“从地面打一个很大的天井,将粒子探测器一直延伸到加速器,探测器有五六层楼那么高。科学家们就是通过这些探测器来观察粒子碰撞的实验反应。”

大型强子对撞机周围共有四部探测器:ALICE、CMS、ATLAS及LHCb。中国科学院高能物理研究所、清华大学、北京大学、中国科技大学、山东大学等单位专家参与了ATLAS和CMS两个实验探测器研究组的实验,此次发现的疑似“上帝粒子”就是由这两大实验探测器发现的。

华中师大粒子物理研究所则是ALICE探测器实验的中方牵头单位。参与此项实验的教授周代翠向半月谈记者介绍,ALICE是中型探测器,实验主要研究早期宇宙物质形态,即宇宙起源问题。而LHCb探测器相对来说较小,投入使用以来尚无新发现。

近代物理的前沿课题就是探索宇宙的构成:科学家们认为宇宙是由物质和暗物质组成,其中暗物质占整个宇宙质量的95%以上,我们知道它们存在却探测不到。而剩下的不到5%的宇宙质量便是由质子或目前所能分割的最小的夸克组成,这是我们能够探究的。

“7月4日宣布发现的疑似希格斯粒子一旦被证实,就可以解释夸克的质量从何而来,从而可以解释很多物理现象。可以说,人类在探索宇宙极微处的道路上每前进一小步都要付出巨大而艰辛的努力。”周代翠说。

疑似“上帝粒子”的发现之所以振奋全球科学界,正说明人类突破极限的不易。“这需要长年累月大量的粒子碰撞。”王新年打了个比喻,“就像是在一个大游泳池里填满了沙子,而只有十粒沙子可能会出现我们理论预计的结果。”

中国团队加入LHC:在国际合作中创新与分享

任何团队加入国际合作的大型强子对撞机实验,必须具备一定的科研力量,能够对实验有所贡献。“中国团队加入LHC正说明我们的研究能力和创新成果得到国际认可,对华中师大等科研单位自身来说更意味着责任与挑战。”王新年说。

“平时我们会有博士生常驻在LHC实验室,每个国家的研究人员都要承担相应的责任:值班、实验监控、采集数据、物理分析等。”王新年说,ALICE研究组里的1300多名研究人员中,有15人是华中师大的老师与学生。

LHC的工作环境就是一个小社会。周代翠介绍,每一个小试验至少有十几个国家的科学家参与,各国科学家之间每周都要多次召开视频会议。每一项实验的顺利施行还要取决于人与人、团队与团队、科研单位之间甚至国家之间的协调和沟通。

“每个探测器都有许多小的子探测器,它们的功能各不相同,从设计、研制、校正、投入使用到采集数据和物理分析,这些都需要各国研究人员的努力。”周代翠说,华师团队的博士生张晓明经常日夜吃住在实验室里,已完成两篇国际合作文章,被人称为“拼命三郎”。

半月谈记者采访了解到,作为ALICE实验的中方牵头单位,华中师大团队最大的特点是理论与实验相结合。王新年主攻理论物理,是高能重离子碰撞理论方面的杰出科学家,而周代翠主攻实验物理,实验与理论相互促进是这一团队取得多项创新的主动力。

2009年6月,周代翠与美、日等国研究人员联合提出专门建一个特殊的探测器研究“喷注淬火”,已通过1000多个科学家论证,去年8月在华中师大粒子物理研究所设计制造完成。目前,这一创新成果已安装在欧洲核子研究中心探测器上,并投入使用,开始采集数据。

“科学家的思想粒子也在不断碰撞”

王新年告诉半月谈记者,今天人人熟知并广泛使用的互联网技术,其实就是LHC研究人员为了方便各国科学家研究讨论而创建的平台。短短十几年间,互联网已经改变了整个世界的面貌和人们的生活方式。

“这种国际性合作的大型实验,对科学研究和技术发展有意想不到的推动力量。”王新年介绍,参与LHC国际合作的实验项目,中方的投资占1%~2%,目前获得的回报已远全国最好的牛皮癣医院远大于投入。

周代翠介绍,单从粒子探测器的制造方面就实现了很多新的技术突破,展现出中国科学家的创新能力。探测器每秒会产生成千上万个信号,这些信号通过电子学系统传到计算机上进行数据分析,这对于系统的速度要求非常高。为此,他们与华中科技大学合作开发了“快电子学”这门技术。

在研究中,一些年轻科学家以新锐的思想脱颖而出。“数据都在那里,只要有人灵光一现,可能就会有新的发现。”王新年讲述了一个有趣的故事:华师团队有一名学生认为核子不是均匀分布的,夸克胶子等离子体运动为什么总是“椭圆流”,为什么不可能是三角形的。

于是,这名学生大胆提出了“三角流”理论,并从多个方向进行实验证明,这一新理论被证实后解释了很多以前无法解释的物理现象。

中国科学家在一些关键技术、新技术领域发挥了自己的能量。王新年称,LHC项目之所以如此吸引他,是因为“能和世界各地的科学家们交流、工作,思想粒子也在不断地碰撞”。

思想粒子的碰撞带来了斑斓的“火花”。华师团队的青年科学家许怒、中国科技大学博士生罗晓峰与美国、印度科学家合作发表在《科学》杂志上的论文《量子色动力学相图的标度》,去年被英国《物理世界》评为世界十大物理突破。

王新年表示,科学研究需要年青力量的加入,年轻人思维还没有定型,很容易打破常规,提出新意见。“唯有更多年轻才干加入,我国的科学研究才会不断向前突破。”(《半月谈内部版》2012年第8期,记者 俞俭 李璐)

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