全世界最大的科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備——大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）在兩年的維護(hù)升級(jí)后將在本月重新啟動(dòng)。
繼2012年發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子，也就是廣大媒體宣傳的“上帝粒子”后，大家對(duì)歐洲核子研究中心27公里長(zhǎng)的粒子加速器的新發(fā)現(xiàn)明顯有了更高期許。
希格斯玻色子是質(zhì)量之源的一種可能解釋，在1964年由彼得·希格斯和其他幾位科學(xué)家提出，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)令彼得·希格斯和弗朗索瓦·恩格勒獲得2013年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
為什么整這么久才發(fā)現(xiàn)呢？正如愛因斯坦在質(zhì)能等價(jià)方程(E=MC2)里說(shuō)的，一個(gè)粒子的質(zhì)量就是它所含能量的衡量，粒子越大能量越大，反過(guò)來(lái)說(shuō)，要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)大粒子所需的能量也更大。簡(jiǎn)單說(shuō)，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)使用1260億伏特才有足夠的能量進(jìn)行質(zhì)子束碰撞以創(chuàng)造希格斯玻色子。在粒子物理學(xué)中通常用質(zhì)量替代表達(dá)能量，1260億伏約等于2.24x1025kg，是單質(zhì)子的127倍。
所以這兩年對(duì)LHC的升級(jí)就是添加更強(qiáng)力的電磁鐵以足夠把兩束質(zhì)子加速到6.5兆伏特，把潛在碰撞能量從2012年的8兆伏特提升到13兆伏特，才足以可能創(chuàng)造并探測(cè)到更大質(zhì)量的粒子。LHC下個(gè)預(yù)期目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)如Z-粒子、新希格斯玻色子之類的新粒子，乃至暗物質(zhì)粒子。
1983年歐洲核子研究中心發(fā)現(xiàn)了Z粒子是自然界4種基本力的攜帶粒子：引力、電磁力、強(qiáng)力和弱核力，其所攜帶的弱核力與亞原子反應(yīng)有關(guān)。理論上認(rèn)為下一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的粒子將是Z玻色子，或者是Z'。這將幫助我們了解理論上認(rèn)為的引力攜帶者:引力子，只是還未被發(fā)現(xiàn)。
把宇宙的組成作為整體來(lái)看，我們目前只了解它的5%，剩下的95%大約由68%的暗能量和27%的暗物質(zhì)組成。84%之多的宇宙質(zhì)量是黑暗的，未被任何的已知手段探測(cè)到過(guò)，若LHC能為我們照亮這個(gè)未知的黑暗領(lǐng)域，人類對(duì)宇宙的探索之旅就能大步邁進(jìn)。
有了升級(jí)后的LHC可以制造更高的碰撞能量以及發(fā)現(xiàn)新粒子的可能，無(wú)論目前的理論是否成立，這于我們對(duì)自然法則和現(xiàn)有理論模型的基礎(chǔ)理解具有超凡意義。
有些人也許對(duì)LHC七千萬(wàn)歐元左右的升級(jí)預(yù)算頗有言辭，確實(shí)，在這個(gè)財(cái)政緊縮的時(shí)代這么一大筆預(yù)算比公共資金還高。但是它可能在許多領(lǐng)域帶來(lái)的重大突破也不能被忽視，比如醫(yī)療成像技術(shù)。就算考慮到歐洲核子研究中心未來(lái)的開銷將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)七千萬(wàn)歐元，它在物理學(xué)、數(shù)學(xué)、工程學(xué)教育方面扮演的角色也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)實(shí)際創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
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