粒子物理学家何时发生碰撞会看到什么?

经过:凯特·克什纳(Kate Kershner)

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物理学家在观看粒子碰撞时所看到的基本上与这种繁殖完全不同。
Hemera/Thinkstock

记住什么时候大型强子对撞机- 那个位于瑞士牧区乡村深处的巨大粒子弹药 - 于2008年首次成立?记住它是如何通过创建一个来破坏我们整个宇宙的黑洞那吞噬了我们的整体,直接吞噬了我们启示录?

也许您不记得了。

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也许您想到的是,在不间断的炒作之后,LHC开始了如何破坏地球。但是后来,它开始了,您吃了一个火鸡三明治吃午餐,那天买了一张停车票。看起来,世界继续。

因此,在我们深入探讨令人兴奋的粒子碰撞世界之前,让我们避免一件事:就像第一天的第一天是为典型的非物理学家而言,它们并不那么令人兴奋。

现在,在您扶手椅物理学家和真正的物理学家感到烦恼之前,让我们承认,当然,粒子碰撞在基本的,普遍的水平上令人兴奋。粒子碰撞是物理学家等同于抓住宇宙并将其鞭打在头上,询问这件事是否启动。通过研究粒子碰撞,我们不仅可以衡量宇宙诞生后可能发生的事情,而且可以判断主要物质功能和相互作用。

换句话说:这很重要。

但是。尽管有所有关于加速和粉碎的谈论,关于质子几乎以光速行驶的质子,关于碰撞如此巨大的碰撞,以至于人们以前认为他们会把我们所有人都撕成丝带……科学家们真正看到的东西与丝毫没有相似之处典型的夏季大片的最后30分钟,破坏性的分钟。即使您考虑到这件事在[来源::库恩]。

这不仅是所有世界末日的pro绕中的反高潮。正是物理学家看到的质子碰撞时看到的是...数据。

公平地说,这是很多数据。虽然物理学家正在观看屏幕上显示质子像烟花一样爆裂的屏幕,那真是太棒了 - 带有诸如“ Muon!”之类的标签亮起。或“希格斯!”为了轻松识别自己 - 检测器收集的数字和图形表示,“显示”物理学家在碰撞过程中会发生什么。

在研究粒子碰撞时,物理学家正在寻找许多不同的数据。这意味着不仅可以观看一个信号,甚至只有一种可以从中衡量的检测器。取而代之的是,他们依靠几种不同类型的探测器来为他们提供有关他们观察到的内容的线索。

首先,他们正在查看质子碰撞中产生的颗粒的发展方向。跟踪设备可以立即让他们知道一些诸如粒子的电荷(正弯曲以一种方式弯曲,另一个方式)或粒子的动量(高动量以直线为单线,低螺旋形)。现在记住,他们不是在看粒子的实际轨道。取而代之的是,他们正在查看计算机记录的电信号,可以将其绘制为路径的复制品[来源:库恩]。

跟踪设备不会拾取中性颗粒,因此可以在热量计中识别。量热计测量颗粒被停止并吸收的能量。您可以告诉物理学家非常具体的事情,因为某种量热计测量电子和光子,而另一个量子是质子和质子的情况[来源:来源:库恩]。辐射检测还测量颗粒的速度。物理学家研究所有这些小标识符,以确定碰撞后不久和不久后颗粒会发生什么。

所有这些工具及其收集的证据都是科学家正在观察的目的,以确定碰撞期间发生的事情。之后,是时候研究它们遇到的任何奇怪或重大结果了。一个很好的例子是发现希格斯玻色子(Higgs Boson),这是一种渗透到宇宙的微小粒子,增加了颗粒的质量。物理学家研究了碰撞中的数据集,以查看Higgs场是否在将两个质子粉碎在一起时是否会从备用粒子(Higgs玻色子)中射出。这个想法就像看着两条水蛇穿过沙滩:每条溪流本身可能会在沙滩上顺利奔跑,但是如果他们突然坠毁在一起,一粒沙子就可以踢起来。

屏幕上的沙子不是闪光灯。取而代之的是,它是从许多碰撞中仔细绘制的数据。这些数字在一定程度上是数学概率。其他实验确定了我们在发现希格斯的质量等效(以及因此存在)时需要看的地方[来源:普鲁斯]。

科学家还知道,如果存在希格斯,它必须采取几种特定的方式(例如如何腐烂到其他粒子)。因此,当他们看到超出数据图上预测的事件过多的事件时,他们感到兴奋 - 他们可以开始判断他们在数据中看到的信号是否是新来的[来源:库恩]。就希格斯而言。

因此,不 - 发生碰撞时,粒子物理学家不会看到黑洞甚至是迷你刘海。相反,他们看到的是证据表明,某些粒子在粉碎过程中爆炸了,并且数据表明他们看到的是较大可预测模型的一部分 - 或者如果它们更幸运,这是一个全新的发现途径。

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作者注:粒子物理学家何时发生冲突?

虽然在屏幕上看到一个惊人的“碰撞”,然后观看以前从未发现过的霓虹绿色粒子,这真是太好了,但不要打扰现实中的粒子物理学家有多令人兴奋。即使这并不意味着在大屏幕上向您挥舞的粒子,也必须获得一大堆指向壮观的数据。

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资料来源:

  • “ LHC的安全。”库恩。(2014年7月15日)http://press.web.cern.ch/backgrounders/safety-lhc
  • 博伊尔,艾伦。“世界末日担心会引发对撞机的诉讼。”NBC新闻。2008年3月28日。(2014年7月15日)http://www.nbcnews.com/id/23844529/#.u8w2qy1dved
  • 巴特沃思,乔恩。“即使是大型强子对撞机最无聊的碰撞也告诉我们一些事情。”守护者。2014年1月26日。(2014年7月15日)http://www.theguardian.com/science/life-and-physics/2014/jan/26/even-the-the-the-most-most-boring-boring-boring-collisions-collision大型 - 挑剔的tell-us-something-time-about-about-cosmic射线
  • 库恩。“ LHC。导游。”2009年2月。(2014年7月15日)http://cds.cern.ch/record/1165534/files/cern-brochure-2009-003-eng.pdf
  • 费米拉布。“粒子物理发现的工作原理。”费米国家加速器实验室。2014年5月6日。(2014年7月15日)http://www.fnal.gov/pub/science/particle-physics-101/how-works.html
  • 普鲁斯,保罗。“了解希格斯玻色子的情况。”伯克利实验室。2012年6月28日。(2014年7月15日)http://newscenter.lbl.gov/2012/06/28/higgs-2012/
  • 伯克利实验室。“粒子冒险。”粒子数据组。2014年。(2014年7月15日)http://www.particleadventure.org/index.html

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