大型强子对撞机的发现(到目前为止)

经过:尼古拉斯·格比斯(Nicholas Gerbis)

有时,充满促进头部旋转发现的机器需要一些停机时间。在这里,维护工人于2013年11月19日检查LHC隧道。“width=
有时,充满促进头部旋转发现的机器需要一些停机时间。在这里,维护工人于2013年11月19日检查LHC隧道。
vladimir simicek/isifa/getty图像

有时,这是使您发疯的小事情。到20世纪初,物理学家似乎已经缝制了宇宙,在牛顿之间重力和麦克斯韦的电磁方程。只有一个令人难以置信的问题:如何解释放射性。解决它引发了一场科学革命,揭示了关于小事物的惊人真理:有时它们包含宇宙。

粒子物理学和量子力学,真正微小的科学,给物理学带来了另外两个基本力和一个奇怪的基本颗粒的素质,但是在1970年代之后,几乎没有什么,但要测试和完善主要理论,标准型号。又有30年的亚原子斑点被加速器和越小者填充了关键空白,但仍然存在许多问题:为什么有些颗粒有质量,而另一些粒子则没有?我们可以统一四个基本力量还是使一般相对论和量子力学相处?

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这些悬空的线程之一会激发另一场革命吗?发现会带来更大,更强大的粒子对撞机比以往任何时候都比外太空的16.8英里(27公里)的超导磁铁环(27公里)环,能够在超高真空中以近光速敲打颗粒。2008年9月10日,这100亿美元大型强子对撞机(LHC),全球数百名科学家和工程师的合作努力加入了欧洲核研究组织(CERN)的加速器校园,并很快打破了粒子碰撞记录。

让我们回顾一下到目前为止所学到的知识,从最著名的发现开始。

5:希格斯玻色子

彼得·希格斯(Peter Higgs)教授于2013年11月12日访问伦敦科学博物馆的“撞机”展览。可以肯定地说,希格斯和他的同事们并没有完全预见到希格斯·波森·霍普拉(Higgs Boson Hoopla)。“width=
彼得·希格斯(Peter Higgs)教授于2013年11月12日访问伦敦科学博物馆的“撞机”展览。可以肯定地说,希格斯和他的同事们并没有完全预见到希格斯·波森·霍普拉(Higgs Boson Hoopla)。
Peter MacDiarmid/Getty图像

在我们的宏观世界中,我们假设所有粒子都有质量,多么小。但是在微观世界中,电论理论,将电磁和弱力与一个基础力联系在一起,预测了称为的特殊颗粒调解人根本不应该有质量;这是一个问题,因为其中一些人这样做。

调解员是部队:光子传输电磁,而W和Z玻色子携带弱力。但是,尽管光子是无质量的,但W和Z玻色子堆积着大量的重量,在100个质子的订单上[来源:库恩]。

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1964年,爱丁堡大学的物理学家彼得·希格斯(Peter Higgs)以及布鲁塞尔自由大学的弗朗索瓦·恩格勒特(FrançoisEnglert)和罗伯特·布鲁特(Robert Brout)独立地提出了一种解决方案:一个不寻常的领域,该领域根据粒子与其相互作用的强烈相互作用来传达质量。如果这希格斯字段存在,然后它应该具有一个介体粒子,一个希格斯玻色子。但是,像LHC这样的设施要检测到它。

在2013年,物理学家确认他们发现了一个希格斯玻色子,其质量约为126 giga-电子伏特(GEV) - 总质量约为126个质子(质量能量等效性,物理学家可以使用电子伏特作为质量质量)[来源:达斯]。这没有关闭书籍,而是为宇宙稳定性开辟了全新的研究领域暗物质[来源:siegfried]。

4:tetraquarks

它检测到夸克!晚期的理论物理学家内森·伊斯(Nathan Isgur)展示了一个用于观察夸克行为的机器的模型。价格标签(早在1981年)为8300万美元。“width=
它检测到夸克!晚期的理论物理学家内森·伊斯(Nathan Isgur)展示了一个用于观察夸克行为的机器的模型。价格标签(早在1981年)为8300万美元。
罗恩·布尔/多伦多星星通过盖蒂图像

1964年,两名研究人员努力理解哈德子- 受强力影响的亚原子颗粒 - 单独提出了它们是由具有三种类型的组成粒子组成的。乔治·泽维格(George Zweig)称他们为Aces。默里·盖尔·曼(Murray Gell-Mann)称为他们夸克并将其标记为他们的三种类型或口味,为“ up”,“ down”和“奇怪的

多年来,物理学家根据夸克(Quarks)的两种方式将哈德子分为两类:重子(包括质子和中子)由三个夸克组成,而介子(例如泵和kaons)由夸克 - 易夸克对形成[来源:库恩;ODS]。但是这些是唯一可能的组合吗?

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2003年,日本的研究人员发现了一个奇怪的粒子X(3872),这似乎是由魅力夸克(Chamm Quark),一个敌甲板和至少两个夸克制成的。研究人员在探索粒子的可能存在时发现Z(4430),一个明显的四夸克粒子。此后,LHC发现了几个这样的粒子的证据,这些粒子破裂(或至少弯曲)已建立的夸克布置模型。这样的Z颗粒是短暂的,但可能在微秒左右的时候就蓬勃发展大爆炸[来源:奥卢那格;迪普;授予]。

3:缺失超对称性

一个工人站在LHC处的通用检测器(CMS)下方的紧凑型MUON螺线管(CMS)下方。一些物理学家寄予厚望,即检测器会发现证据支持Susy。“width=
一个工人站在LHC处的通用检测器(CMS)下方的紧凑型MUON螺线管(CMS)下方。一些物理学家寄予厚望,即检测器会发现证据支持Susy。
Fabrice Coffrini/AFP/Getty Images

理论家先进超对称性,绰号苏西,为了处理一些na不休的标准模型未解决的问题,例如为什么某些元素粒子具有质量,如何电磁作用以及强和弱核力量可能曾经捆绑在一起,可能是暗物质的。它还建立了夸克与钩子弥补的事情和玻色子调解他们的互动。就像前面提到的重子一样,瘦素(例如电子)属于一组称为的亚原子颗粒费米具有相反的量子特性与玻色子。然而,根据Susy的说法,每个费米昂都有相应的玻色子,反之亦然,每个粒子都可以转变为其对应物[来源:库恩;西格里德]。

如果是真的,Susy将意味着两种元素粒子类型(费米和玻色子)只是同一枚硬币的两个侧面。它可以通过让相应的颗粒取消来消除某些在数学中出现的无限量。这将为重力腾出空间 - 标准模型中的明显遗漏 - 因为费米恩 - 波森和玻色剂 - 弗森转换可能涉及重力,长期以来的重力载体。

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物理学家希望LHC可以找到支持Susy的证据,或者揭示出更深层的问题,这些问题将指向新的理论和实验领域。到目前为止,似乎都没有发生过,但不要算出超对称性。Susy存在许多版本,每个版本都与特定的假设相关。LHC仅筛选出一些最优雅,最可能的品种。

2:协调运动

Cern的汤是一个丰盛的Quark-Gluon等离子体。“width=
Cern的汤是一个丰盛的Quark-Gluon等离子体。
Wavebreakmedia Ltd/Wavebreak Media/ThinkStock

当科学家校准LHC仪器跳过了通常的质子 - 普罗顿碰撞并选择将RAM质子变成铅核时,他们指出了一个令人惊讶的现象:随机路径通常将所产生的亚原子弹片通常采用的随机路径被明显的坐标所取代。

一个理论提出了解释这种现象的理论说,这种影响造成了一种异国情调的物质状态Quark-Gluon等离子体(QGP),像液体一样流动并在冷却时产生协调的颗粒。Brookhaven国家实验室和LHC都以前都创建黑洞- 通过碰撞铅等重离子和金子。如果质子铅碰撞的QGP证明是可能的,那么当QGP有简短的鼎盛时期时,科学家如何立即对大爆炸后的条件进行重大影响。只有一个问题:碰撞不应该有足够的能量来消除假设的夸克汤[来源:库恩;授予;罗兰(Roland)和nguyen;]。

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尽管大多数物理学家尽管有问题,但大多数物理学家都喜欢这个想法,但有些人主张第二个解释,涉及由理论领域创建的理论领域脾气,介导强力并粘贴夸克和古quark的颗粒成质子和中子。该假设说,腰luons以近光速度的磁场沿着弹力拉开,导致它们相互作用。如果正确,此模型可以提供对质子结构和相互作用的宝贵见解[来源:授予]。

1:毕竟新物理的迹象...是否

每秒六亿个粒子碰撞会产生大量数据,因此可以分析。可以肯定地说,LHC数据将产生更多的惊喜。“width=
每秒六亿个粒子碰撞会产生大量数据,因此可以分析。可以肯定地说,LHC数据将产生更多的惊喜。
Fabrice Coffrini/AFP/Getty Images

听起来不合逻辑,许多物理学家希望LHC能在标准模型中戳一些孔。毕竟,该框架有问题,也许是一个或两个发现的发现会确认超对称性,或者至少要朝着新的研究途径迈进。不过,正如我们提到的,LHC在各个转弯处都重新配置了标准模型,对异国情调的物理进行了重复打击。当然,结果并非全部(有很多数据需要分析),而LHC尚未达到14台TERA-电子伏特(TEV)的全部能量。然而,使标准模型看起来不好的机会看起来不好。

也许他们这样做,如果2013年关于B-Meson衰减的报告有任何迹象。它显示出B-Mesons腐烂成K-Meson(又名A Kaon)和两个Muons(类似于电子的粒子),这不会引起任何眉毛,除了衰减遵循标准模型未预测的模式。不幸的是,该研究目前低于在您的舞蹈比赛中脱颖而出的阈值。尽管如此,它仍然足够高以提高希望,对其他数据的分析可能会从红色区域到末端区域。如果是这样,那么奇怪的模式衰变可以对新物理学的第一个瞥见,许多人正在寻找[来源:约翰斯顿;奥尼尔]。

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作者注:大型强子对撞机做出的5个发现

LHC完成后,有些人想知道如果希格斯玻色子未能出现,这对物理意味着什么。这不仅仅是巨大的原子杀手的主要理由。对于标准模型来说,这是一种lynchpin。

现在有一个更大的问题,它涉及第二代宇宙外层次极化的背景成像进行的宇宙背景辐射测量(BITEP2)。如果Bicep2的观察结果证明是正确的,那么Higgs领域在大爆炸期间应​​该足够充满活力,以引起立即的大紧缩。换句话说,如果这两个想法都成立,那么我们不应该在这里争论为什么它们可能不可能是真实的。

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  • 库恩。“重离子和夸克 - 格鲁隆等离子体。”(2014年7月24日)http://home.web.cern.ch/about/physics/heavy-ions-and-yquark-gluon-plasma
  • Das,Saswato。“希格斯玻色子如何为宇宙拼写厄运。”科学美国人。2013年3月26日。(2014年7月24日)http://www.scientificamerican.com/article/how-the-how-the-higgs-boson-might-might-spell-spell-spell-doom-doom-for-the-universe/
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  • 格兰特,安德鲁。“外来粒子包装了四个夸克。”科学新闻。2014年4月11日。(2014年7月15日)https://www.sciencenews.org/article/exotic-particle-packs-foursome-quarks
  • 格兰特,安德鲁。“ LHC看到超级粒料汤中的奇怪行为。”科学新闻。2012年12月5日。(2014年7月22日)https://www.sciencenews.org/article/lhc-sees-odd-behavior-superhot-superhot-particle-soup
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  • 诺贝尔奖。“ 2013年诺贝尔物理奖。”(2014年7月22日)http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/physics/laureates/2013/
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  • 奥尼尔,伊恩。“ LHC中检测到的新物理学的提示?”发现新闻。2013年8月2日。(2014年7月22日)http://news.discovery.com/space/hints-of-new-physics-detected-in-the-the-lhc-130802.htm
  • 牛津科学词典。“基本颗粒”以撒,艾伦,约翰·丹迪思和伊丽莎白·马丁编辑。牛津大学出版社。第四版。2003。
  • 罗兰,克里斯托夫和马修·恩甘。“ 2014年夸克问题:CMS的新闻。”库恩快递。2014年5月22日。(2014年7月22日)http://cms.web.cern.ch/news/quark-matter-2014-news-cms
  • 西格弗里德,汤姆。“几乎是时候更好地了解希格斯玻色子了。”科学新闻。2014年6月23日。(2014年7月15日)https://www.sciencenews.org/blog/context/context/lost time-time-get-know-hoggs-higgs-boson-boson-boson-better
  • 西格弗里德,汤姆。“现在宣布超对称为悲剧还为时过早。”科学新闻。2013年10月17日。(2014年7月22日)https://www.sciencenews.org/blog/blog/context/it%E2%80%99s-too-soon-soon-declare-supersymmetry-metry-tragedy?mode = mode = blog = blog&context=117
  • 西格弗里德,汤姆。“希格斯的质量不是自然的,但也许不应该。”科学新闻。2014年6月23日。(2014年7月22日)https://www.sciencenews.org/blog/context/higgs-mass-mass-isnt-natural-natural-maybe-maybe-maybe-be
  • 斯特拉斯勒,马特。“无论如何,什么是质子?”特别重要的博客。(2014年8月5日)
  • 比Ker。“在大爆炸机中创建的最密集的物质。”国家地理新闻。2011年5月24日。(2014年7月22日)http://news.nationalgeographic.com/news/2011/05/110524-densest-mattest-matter-created-lhc-alice-lhc-alice-big-bang-bang-space-science/

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