
大型强子对撞机成功创造迷你版宇宙大爆炸

由于一系列“迷你宇宙大爆炸”,位于瑞士日内瓦附近的世界上最大的粒子加速器----大型强子对撞机产生了有史以来在科学实验环境中生成的最高温度。
在经过差不多20年的设计研发和建造过程之后,科学家们日前使用欧洲粒子物理研究所(CERN)所属大型强子对撞机(LHC)成功地将铅原子核加速达到难以置信的高能量态,并在“大型离子撞击试验”(ALICE)探测器中实现对撞。
这些撞击产生出微小的亚原子火花,这是有史以来在实验中达到过的最高温度和最大密度状态,重现了宇宙大爆炸之后100万分之一秒时刻的情形。
当第一次撞击成功实现时,ALICE设备控制大厅内爆发出一阵热烈的欢呼声,此时此刻全世界参与到ALICE项目的物理学家们都欣喜若狂。对于他们而言,这种欢呼并不仅仅因为兴奋,同时也是一种释然,如释重负。因为多少年来他们所做的一切被证明达到了预期的目的。
从事最尖端的科学研究意味着开发最新的技术,但同时也会有随之而来的烦恼和担忧,那就是它们可能会出错,达不到预期目的。当然很显然,这一次科学家们取得了巨大的成功。
在这次撞击试验中,物质温度达到了10万亿摄氏度,相当于太阳核心温度的100万倍,密度接近中子星,通俗的说,相当于把一座埃及金字塔压缩成一个针头大小。
在这种情况下,组成原子核的质子和中子将会发生融合,产生一种奇异的,由夸克和胶子组成的“原生汤”,称为“夸克-胶子等离子体”。换句话说,在此次实验中,科学家们将再现极早期宇宙的一小部分。
通过对这种“夸克-胶子等离子体”的研究,科学家们希望能加深人们对于强力的理解。这是自然界中的4中基本力之一。
虽然在这4种基本力中我们对强力了解最少,但是它非常重要。它是将原子核中质子和中子胶合在一起的力,其强度远远超过电磁力。但质子和中子本身仍然不是最基本的粒子,它们由更小的粒子组成,称为夸克。它们也是经由强力的作用,从而结合构成质子和中子。但关于强力,最有意思的一点也许是:它构成了质子和中子质量的98%,而夸克本身仅占剩余的2%质量。
这句话的意义在于:由原子构成的物质,包括我和你,我们的质量中98%来源于强力
英国物理学家解析迷你版宇宙大爆炸科学意义

ALICE设备中铅原子核对撞实验模拟图
导读:科学家借助欧洲大型强子对撞机(LHC)成功完成了创造迷你版“宇宙大爆炸”的实验,产生了一个温度为太阳核心温度100万倍的火球。英国理论物理学家约翰・埃利斯(John Ellis,自1978年起为欧洲核子研究中工作)撰文,解析此次实验的意义。以下为文章全文:
严格意义上说,大型强子对撞机(LHC)没有重现大爆炸,但它确实成功重现了大爆炸发生后极短时间内宇宙小范围的情形。
从今天开始,LHC设备的运行进入了一个新阶段。即对潜在的新物质状态进行探索。迄今为止,LHC设备就像是一台超级显微镜,通过实现粒子间的高能对撞,从而探索物质的最基本结构。在接下来的几周内,LHC设备将继续进行铅原子核的高能对撞实验,每次对撞都将包含大量粒子,实验的目的是了解在大量粒子同时发生高能对撞的情况下将会出现什么新现象。
理论物理学家们对此进行了预言:他们认为在LHC铅原子核对撞实验中产生的超高密度和压力条件下,将出现一种新的物质态----夸克-胶子等离子体。在这种物质态中,物质的最基本粒子:夸克和胶子,将脱离核子(质子、中子等),这很类似在等离子电视机中电子从原子中脱离开一样。我们观看等离子电视,其实就是看到了这些逃逸的电子构成的电磁等离子体发出的光。类似的,“大型离子撞击试验探测器”(ALICE)和LHC设备将用于“观看”铅核高能对撞时发出的粒子,从而寻找证据,来验证或推翻现存关于夸克-胶子等离子体的理论。
这些实验将提供探索基本物理理论的途径,包括一些由弦理论提出的观点。还可能对于宇宙的早期演化研究提供新的线索。宇宙学家们认为,如果夸克- 胶子等离子体真的存在,那么极早期宇宙----大爆炸后不超过1微秒(1百万分之一秒)中应当充斥着这种物质状态。因此从这一角度看,此次的实验将对这一阶段的宇宙演化提供新的研究线索,从而影响对宇宙后续演化理论的研究。
等离子物理学家们的观点是否正确呢?弦理论是否正确呢?宇宙学家们是否正确呢?LHC实验将提供一些答案。
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