首頁>科學>
西方哲學曾經問過的第一個問題是:“世界是由什麼構成的?” 繼續激勵著高能物理學家。新的實驗結果探測了介子,一種較重的電子錶親,其磁學性質似乎表明可能存在新的自然粒子,從而有可能使暗物質的奧秘陷入光明。結果是對人類精神和我們對了解世界以及我們在世界中所處位置的無限滿足的好奇心的慶祝。

如果蠻力不起作用,那麼請研究虛無的特性。這聽起來像是禪宗,但實際上,這是粒子物理學家用來尋找標準模型(所有已知粒子及其相互作用的當前登錄檔)之外的物理的策略。令人興奮的新結果表明,透過仔細測量量子真空的性質,可以窺見進入異物的新視野,而不是通常的相互碰撞的實驗。這裡有很多要解壓的東西,所以讓我們零零碎碎地走。

西方哲學中提出的第一個問題與世界的物質構成有關是恰當的。亞里斯多德在大約公元前350年寫信,他向米勒圖斯(大約公元前600年)的泰勒斯(Thales of Miletus)致以榮譽,當他問到“世界是由什麼構成的”這一問題時,他是第一位西方哲學家。現代高能物理學家所做的是,儘管方法和裝置截然不同,但要遵循試圖回答這個問題的相同哲學傳統,假設存在著被稱為基本粒子的不可分割的物質塊。

標準模型中的缺陷

跨越數千年的驚人發現,我們現在對亞原子級的世界的物質組成有了非常整潔的理解:總共12個粒子和希格斯玻色子。這12個物質粒子分為兩組,六個輕子和六個夸克。六個夸克包含所有透過強核力相互作用的粒子,例如質子和中子。輕子包括熟悉的電子及其兩個較重的表親,μ子和tau。介子是新實驗的明星。

儘管具有所有榮耀,但上述標準模型並不完整。基礎物理學的目標是用最少的假設量回答最多的問題。就目前而言,所有粒子的質量值是我們在實驗室中測量的引數,與它們與希格斯相互作用的強度有關。我們不知道為什麼某些相互作用要比其他相互作用強得多(結果是質量更大),為什麼物質比反物質更普遍,或者為什麼宇宙似乎由暗物質占主導地位(一種物質)除了它不是標準模型中包含的配方的一部分外,我們一無所知。我們知道暗物質具有質量,因為它的引力作用是在熟悉的物質(組成星系和恆星的物質)中感受到的。但是我們不知道這是什麼。

無論發生什麼,都將學習新的科學。

物理學家曾希望瑞士強大的大型強子對撞機能夠揭示暗物質的性質,但是那裡並沒有發現任何東西,或者在許多直接搜尋中都沒有發現暗物質的性質,因為探測器被安裝來收集暗物質,這些暗物質可能會從天空下雨。擊中普通物質的顆粒。

介子可以填補空白嗎?

輸入μ子。希望這些粒子可以幫助解決標準模型的缺點有兩個部分。首先是每個帶有電荷的粒子(如介子)都可以簡單地描繪為旋轉的球體。自旋球體和電荷盤會產生垂直於自旋方向的磁場。將該μon想象成一個微小的旋轉陀螺。如果它逆時針旋轉,其磁場將垂直向上。(用右手抓住一杯水,然後逆時針旋轉。拇指將指向上方,即磁場的方向。)旋轉的介子將放入甜甜圈形的隧道中,並被迫四處走動。隧道將具有自己的磁場,該磁場將與μ子的微小磁場相互作用。當介子繞著甜甜圈盤旋時,它們會搖晃,就像旋轉的陀螺由於與地球引力的相互作用而在地面上搖晃一樣。擺動的數量取決於μ子的磁特性,而後者又取決於μ子在太空中發生的情況。

這是第二個想法出現的地方,即量子真空。在物理學中,沒有空白空間。所謂的真空實際上是氣泡的冒泡湯,它們在幾分之一秒內就出現和消失。一切都在波動,就像海森堡的不確定性原則所概括的那樣。能量也會波動,我們稱之為零點能量。由於能量和質量是可互換的(E = mc 2,還記得嗎?),這些微小的能量波動可以瞬間轉化為粒子,這些粒子突然彈出並回到繁忙的量子真空虛無中。物質的每個粒子都被真空波動產生的這些粒子所掩蓋。因此,一個介子不僅是介子,而且是披著這些多餘的短暫東西的介子。在這種情況下,這些額外的粒子會影響μ子的磁場,從而影響其擺動特性。

大約20年前,布魯克黑文國家實驗室的物理學家檢測到了該μ子的磁特性異常,這一異常現象比理論預測的要大。這將意味著量子真空會產生標準模型無法解釋的粒子:新物理學!快進到2017年,這項實驗的靈敏度提高了四倍,在費米國家實驗室進行了重複,那兒您的確是前一段時間的博士後研究員。在第一個結果了的μ介子G-2實驗分別亮相於7月- 2021年不僅證實磁矩異常的存在,但極大地放大了。

對於大多數人來說,最近釋出的官方結果似乎並不令人興奮:“ 4.2標準差的理論與實驗之間的張力”。粒子物理學新發現的金標準是5σ變異,即350萬分之一。(也就是說,進行了3​50萬次實驗,只觀察了一次異常。)但是,鑑於實驗測量的卓越精確性,這足以使粒子物理學界感到興奮。

興奮的時刻?

現在,必須非常仔細地重新分析結果,以確保(1)沒有隱藏的實驗錯誤;(2)理論計算不可行。在接下來的幾個月中,將會出現瘋狂的計算和論文,所有這些都試圖從實驗和理論兩方面弄清結果。這就是應該的樣子。科學是一項基於社群的工作,許多人的工作相互競爭並相互完善。

無論發生什麼,即使不如新粒子那麼令人興奮,也將學習新科學。也許一直以來,新的粒子一直存在,它們從量子真空中飛來飛去,不存在,等待著我們透過不懈的努力找出這個世界是由什麼從忙碌的虛無中解脫出來的。

6
最新評論
  • mRNA疫苗可誘導對SARS-CoV-2及其多種擔憂的變體的持久免疫記憶
  • 彗星為什麼拖著長長的尾巴?並沒有你想象中可愛