第8章 实验插曲:高能粒子加速器的新发现
哪怕历尽千难万险,
我一定要找到你……
——金发女郎乐队(Blondie)
在梦中,艾克再一次遇到了那个量子侦探。这次,侦探非常清楚地知道自己要找什么,而且非常清楚地知道它在哪里,他所要做的就是等待,如果他的判断正确,他的猎物迟早会出现。
找到重粒子并非易事,但要揭示标准模型的基本结构并最终解释宇宙的物理构成,我们必须这么做。我们对粒子物理的了解,大部分来自高能粒子加速器实验,它们首先将快速运动的粒子束加速,然后使它们与其他物质相碰撞。
在高能粒子对撞机里,加速的粒子束与加速的反粒子束相撞,在它们相撞的极小区域内会产生大量的能量,这些能量接着被转化成在自然界里难以找到的重粒子。宇宙大爆炸时,宇宙温度要高很多,那时所有的粒子大量存在,但自那以后,唯一能找到已知最重粒子的地方,只有在高能粒子对撞机里。从理论上讲,只要有足够的能量,即由爱因斯坦E=mc2所给定的能量,对撞机就能够生成所有的粒子与反粒子对。
但是,高能物理的目的不仅仅是寻找新的粒子,高能对撞机实验会告诉我们以其他任何方式观察不到的自然的基本定律——这些定律作用的领域太过微观,我们根本不能直接看见。高能实验是探索发生在微小距离尺度的相互作用的唯一方式。
本章讲的两个对撞机实验,对证实标准模型的预言以及限定物理理论的有效范围都非常重要。这两个实验本身都令人难忘,但它们还使我们体会到,物理学家将来探索新现象(如额外维度)时,会面临什么困难。
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