粒子物理学停滞不前的噩梦该怎样打破?

科普中国 叶凌远 编译

十年前,粒子物理学家让整个世界为之振奋。欧洲核子研究组织(CERN)的大型强子对撞机(LHC)是世界最大的粒子加速器。2012年7月4日,在这里工作的6000多名研究人员宣布,他们发现了希格斯(Higgs)玻色子的踪迹。这是一种质量极高、寿命极短的粒子,是解释其他基本粒子如何获得它们质量的关键。这一发现证实了一个当时已具有48年历史的理论预言,完善了一个被称为标准模型的物理理论,并将物理学家们推到了聚光灯下。

希格斯粒子的存在性最早由Peter Higgs于1964年提出。在很长一段时间内,物理学家们——包括Higgs本人,都不清楚这一假设背后的物理意义。但随着时间的推移,人们逐渐意识到希格斯玻色子在粒子物理中所扮演的重要角色。它是标准模型所缺失的最后一块拼图,该粒子(或更准确地说激发该粒子的希格斯场)是所有粒子存在质量的原因。质量并不如人们原来所设想的那般为粒子的内在禀赋;相反,它是粒子们与弥散在整个宇宙中的希格斯场相互作用的结果。物理学家们几十年前就已相信这一理论,但直到2012年它才真正被实验所证实。

希格斯玻色子的发现是粒子物理学一个不朽的成就:它标志着长达数十年的探索之旅告一段落,也开启了研究这种极其特殊的粒子的新时代。但紧接着,这一领域便陷入了狂欢后漫长的宿醉。早在这27公里长的环形大型强子对撞机于2010年开始正式采集数据之前,物理学家们便担心它或许只能产生希格斯粒子,而无法对标准模型之外可能存在的新物理留下任何线索。目前,这噩梦般的情形正一步步变为现实。“这有些令人失望,”加州理工学院的物理学家Barry Barish说道,“我以为我们会发现超对称(supersymmetry)。”这是扩展标准模型的一种主流物理理论。

不过许多物理学家表示,现在就绝望还为时过早。经过三年的升级,大型强子对撞机正卯足了劲,准备进行计划中五轮实验里的第三轮。它每秒会产生数十亿次的质子-质子对撞,新粒子便可能诞生于其中。人工智能的发展也带来了新的机遇——若在十年前,大部分物理学家可能会对用神经网络来分析数据的想法嗤之以鼻。但在许多更为年轻的研究员以及工业界合作伙伴的帮助下,一个专门的神经网络已搭建完毕,它能帮助物理学家们在海量的数据中搜索值得进一步研究的现象。大型强子对撞机还会再运行16年,且随着进一步升级,它收集的数据量将达到已经收集数据的16倍。所有这些数据都可能蕴含着新粒子和新物理的微妙踪迹。

然而,一些研究学者也认为对撞物理实验已经时乖运蹇、日暮穷途了。芝加哥大学的物理学家Juan Collar在一些小型实验中寻找暗物质的踪迹:“如果他们仍没有任何发现,整个领域便会沉寂消亡。”伦敦国王学院的理论物理学家John Ellis则表示,在这一领域取得突破的希望已经被漫长且不确定的探索前景所磨碎,最终的失败会像拔牙一样突然且痛苦,不会只如牙齿自然掉落一般无声无息。

自上个世纪70年代以来,物理学家就一直在与粒子物理的标准模型角力。依照该模型,普通物质由被称为上夸克和下夸克的轻质量粒子——它们每三个结合在一起,形成质子和中子——以及电子和几乎没有质量、被称为电子中微子的粒子构成。两组更重的粒子则一直潜伏在真空内,仅仅会在粒子碰撞所产生的冲击中稍纵即逝地显现。所有的粒子都通过交换其他粒子的形式相互作用:光子传递电磁力,胶子传递把夸克捆绑在一起的强相互作用力,而大质量的W和Z玻色子则传递弱相互作用力。

标准模型描述了科学家们迄今为止在粒子对撞机中所观察到的一切现象。然而,它不可能是有关自然界的终极理论。它无法描述引力,也并不包括神秘的、不可见的暗物质。在宇宙中,暗物质和普通物质的质量比可能约为6:1。标准模型中囊括了中微子,但人们仍不能为其极低的质量提供解释;显然普通物质也由标准模型描述,但人们同样不知道其如何在宇宙大爆炸后胜过反物质,占据了主导地位。围绕希格斯玻色子本身也还有很多谜团亟待解决。

大型强子对撞机本应打破这一僵局。在它的环形结构中,两个朝相反方向循环的质子撞在一起,产生其他地方无法获得的重型粒子,这其中的能量达到了以往任何对撞机所能达到的七倍还多。十年前,许多物理学家都设想能在大型强子对撞机中迅速发现一些新现象,包括新的传递相互作用的介质粒子甚至是迷你黑洞。德国DESY实验室粒子物理学主任Beate Heinemann回忆,人们以为会被淹没在产生的超对称粒子中。物理学家们那时普遍认为,找到希格斯粒子可能会需要更长的时间。

但没有预料到的是,仅在短短3年内,希格斯粒子便被迅速地发现了。部分原因是它的质量比许多物理学家预期的要小,大约仅为质子的133倍。若其质量超过了大型强子对撞机的能量上限,或其与其他粒子的相互作用较弱,我们根本就没有发现它的希望。Higgs本人就曾表示,他从未预想过能在他有生之年发现希格斯粒子存在的证据,这无疑是粒子物理学中里程碑式的结果。但在这之后的10年,物理学家们还没有发现其他任何新粒子。

新现象的贫瘠挑战着物理学家们所珍视的几个原理。自然性(naturalness)原则指的是在一个理论中,物理常数构成的无量纲比值应该与1同阶。据此,希格斯粒子质量较低或多或少地保证了在大型强子对撞机所能达到的能量范围内还存在着新的未知粒子。根据量子力学的原则,任何游荡在真空中的虚粒子都会与真实的粒子相互作用并影响其性质——这正是虚希格斯玻色子赋予其他粒子质量的方式。希格斯粒子的质量本应被真空中其他的标准模型粒子大幅拉高,特别是顶夸克,然而事实并不如此。因此理论学者推断,至少还有一种具有类似质量和恰到好处的物理特性——特别是不同自旋——的新粒子存在于真空中,以“自然地”抵消顶夸克所产生的影响。

超对称理论能够提供这种粒子存在的依据:对于每个已知的标准模型粒子,它都假设存在一个具有不同自旋且质量更重的伙伴粒子。这些伙伴粒子不仅可以保证希格斯粒子的质量不过高,同时还能帮助解释希格斯场是如何产生的。

但是在过去的十年,人们仅仅发现了一些实验观测结果和标准模型预测之间的微小差异,而这些反常现象并不指向人们所希望存在的新粒子。例如在2017年,利用底夸克探测器(LHCb,大型强子对撞机四个主要粒子探测器之一)进行实验的物理学们家发现,B介子(一个包含重质量底夸克的粒子)有更大概率衰变为电子和正电子,而不是衰变为μ子和反μ子——依照标准模型,这两个概率应该是一样的。类似的,也有实验表明μ介子的磁性可能比标准模型所预测的稍强一些。

希格斯粒子本身也提供了其他的探索方向。2020年8月,在大型强子对撞机超环面仪器(ATLAS)和紧凑μ子线圈(CMS)探测器工作的物理学家团队宣布,他们都发现了希格斯粒子衰变为μ子和反μ子对的现象。费米国家加速器实验室的理论物理学家Marcela Carena表明,如果这种罕见的衰变具有与理论预测值不同的速率,这种偏差就可能预示着隐藏在真空中的新粒子。

物理学家们将在大型强子对撞机下一次为期三年的实验中对这些现象进行探索。然而,这些探索可能不会导致戏剧性的“尤里卡!”时刻。Heinemann说:“现在的实验正朝着以极高精度测量微妙现象的方向转变。”不过,Carena表示,“我非常怀疑在20年后,我会说,‘哦,孩子,在希格斯粒子发现之后,我们什么新东西也没有学到。’”

若把希格斯玻色子的发现过程看作登上一座山,则当Higgs最早提出他的理论时,我们甚至不知道这山脉到底在哪里,或者它可能有多高——粒子物理学的标准模型甚至都并不完整。人们只是模糊地意识到,在一座山峰的某个地方存在着希格斯粒子,它能真正证实整个标准模型结构的存在。到20世纪90年代末,我们才对这座山的高度有一点感觉;直到2012年,我们才最终登上了这座山峰。

但现在不同了,我们得从这座山的另一边下去,穿过荒芜的平原。这平原向前延伸着,也许一直触碰到普朗克尺度(宇宙中空间的最小尺度)。如果我们现在的预测是正确的,在平原的某处一定还有其他山脉,标志着物理学的又一高峰。或许我们能发现新的粒子,如轻夸克(leptoquarks,它可能是解释前文提到的有关B介子和μ介子反常现象的关键),甚至是超对称粒子或暗物质粒子;也许我们能解开有关希格斯粒子更多的谜团——希格斯粒子本身是一个基本粒子还是复合粒子?它能与暗物质相互作用吗?如果能,我们能通过它了解有关暗物质更多的信息吗?希格斯场是否通过自作用赋予希格斯粒子自身的质量?许多科学家对我们能解决这些问题持乐观的态度(尽管听起来有些像在画饼)。但至少,没有任何明确的迹象表明,我们必须穿越多远的平原才能看到这些新的山脉——这就是我们现在的处境和过去几十年之间的区别。

其他人对大型强子对撞机实验者们的机遇则没有那么乐观。明尼苏达大学双子城分校的物理学家Marvin Marshak就认为:“他们面对的是一片沙漠,而他们并不知道这片沙漠有多广茂。”为了解决上述这些问题,我们很可能需要大量制造希格斯粒子的能力,而这种能力是现在、甚至二十年之后的大型强子对撞机所无法具备的。欧洲核子研究中心正在筹划下一个能量更高的对撞机——未来环形对撞机(Future Circular Collider),作为以后的“希格斯工厂”。但即便是乐观主义者也认为,如果大型强子对撞机没有发现任何新的东西,那么将更难说服世界各国政府建造下一个更大、更昂贵的对撞机来保持这一领域的发展。

现如今,大型强子对撞机的许多物理学家们只是为能够继续回到质子对撞的工作中而感到兴奋。在过去的三年里,科学家们已经升级了探测器,并重新设计了对撞机的低能加速器部分。欧洲核子研究中心加速器和粒子束主任Mike Lamont说:现在,大型强子对撞机应该会有更稳定的碰撞率,能有效地将数据量增加50%之多。几个月来,加速器的物理学家们一直在缓慢地调整大型强子对撞机产生的粒子束。在粒子束流足够稳定后,他们会打开探测器,恢复数据采集,进行新一轮的实验,继续在黑暗的平原上迈进。

参考资料

[1] https://t.cn/A6Shu1F0

[2] https://t.cn/A6Shu1FC

[3] https://t.cn/A6Shu1FN

[4] https://home.cern/news/press-release/physics/higgs-boson-ten-years-after-its-discovery

解暑中药,谁第一?[疑问]
原创 王致效
中医从来不是科学,从来没有电风扇和空调,从来没有冷饮,却也保护了一代一代古人安然度夏,靠的是什么?解暑七大中药,而已!
1、解暑中药,七雄争霸!
暑季,注定是一个难熬的季节!其他季节无非就是“生长化收藏”中的“生长收藏”。
五行之中,土载四行,暑季正式“化”的季节,所谓的“化”,就是“蒸腾气化”,不蒸腾,无气化。

无化,无收藏!

蒸腾气化,就是像蒸馒头一样,高温、高湿的环境中,才会“化”,最难熬的就是身体一般的人!

怎么办?

古人还是摸索出很多不错的中药!

古人认为:

1、暑为阳邪,其性炎热!

急性中暑,危及生命的,几乎都是暑热攻心,这种,很难对付,所谓为何要喝绿豆汤,原因在这里,一般会出现高热、烦躁、脸红的阳热症状!

2、暑性升散,耗气伤阴!

暑热之邪,直入气分,开泄腠理而津泄,气随汗出,起音量亏,导致,疲劳、汗多、口大渴。

3、暑多挟湿,湿阻中焦!

暑分为暑热和暑湿,此时此刻,暑湿当令,暑多挟湿,湿阻中焦,清气不升,则为泄泻,浊气不降,则为呕吐恶心!

效哥补充:

4、暑蒸鬼门,伤寒中寒!

暑热蒸腾,鬼门(毛孔)大开,空调的人造寒邪,乘虚而入,伤寒自外而入,暑季冷饮肆意饮用,寒邪直中于中焦脾胃,此为“阴暑”!表现为脾胃大寒,或风寒表证、或类似痹症的关节疼痛!

5、暑热汗多,伤津尿少!

中医讲,天冷因为汗少而尿多,天热因为汗多而尿少!所以,夏季,津液代谢,与冬季截然不同,尿少,心火不得下引,而容易烦躁、尿赤、难以入睡、睡眠不沉!

来,聚光过来,看看中医古人如何用中药,安然度暑!

2、缓解疲劳第一药——西洋参!

清暑益气汤是个很有名的方剂,分为李东垣先生版本的,和王孟英先生版本的,清暑益气汤好用到什么程度呢,不吹不黑,效哥见过一个中医前辈,一上午25个患者,18个用李氏清暑益气汤,而且效果都还很好!

其中,王氏清暑益气汤,主打药物就是西洋参!

西洋参对于缓解夏季的疲劳乏力、四肢倦怠、说话有气无力等,效果很好!

其实,红参效果更好,只不过是在这个特殊季节,西洋参的寒凉之性尤其难得,

西洋参常规用量6-20g,胃寒的人,加两片生姜,足以暖胃!

3、减少出汗第一药——五味子!

其实,正常的暑天,都会出汗,而且汗量都会很大!

正常的出汗,不必干涉,这是大自然在蒸人肉“馒头”!

蒸透了,春生夏长,就成了,就等着秋收冬藏!

但,如果汗特别多,多的不要不要的,适当吃点五味子,互助营卫,不会导致过度伤津!

五味子,常规用量,3-10g,要用醋北五味子。

4、头晕恶心第一药——藿香!

藿香是解暑的一个很重要的中焦化湿药,可以很好的祛除困阻中焦的湿邪,从而改善头晕、恶心、呕吐、腹胀等不适!

常规用量:6-15g!

也可以考虑成药藿香正气软胶囊!切记,不要正气水,不要正气水,不要正气水!

为什么不要正气水,自己点下一行的延伸阅读!https://t.cn/A6ShoeGZ
5、暑湿泄泻第一药——滑石块!
第一大标题中我们已经说过了为何暑季会腹泻!此处不再赘述!

藿香偏于治疗中焦偏上,而中焦偏下,滑石效果更好,如果用散剂,就用滑石粉,如果用汤剂,滑石块效果更好!

牡蛎、龙骨、石膏,如果是煮汤药的话,其实都是小块的效果要好于粗粉,不信可以自己对比服用,粗粉气散,块的气凝,而已。

滑石块,10-20g,治疗暑湿季节,水样腹泻、拉倒怀疑人生的症状!

6、困倦神疲第一药——薄荷!

疲劳乏力和困倦神疲,不是一个东西!

前者是疲劳乏力,不想动,而后者则是不精神、老想睡觉、睡也睡不醒!

化湿醒神解暑,薄荷没问题,3-10g!

当然,也可以外用风油精,或者纯的薄荷精油,如果实在困倦神疲,大家记住,只要风油精或者薄荷油的瓶上没有一个红色的“外”字的,一般都是可以内服的,详参说明书后,再请服用!

7、感寒阴暑第一药——生姜!

第一章节提过了,其实,夏季比冬季更容易感受寒邪,冬季穿得多,很少去室外,而夏季,腠理大开,空调又无处不在,冷饮无处不在,说心里话,你都不知道自己何时中招的!

中寒表现,胃寒、胃胀、或伤寒表现,肌肉关节酸痛、恶寒。

生姜,根据个人受寒程度,酌情使用生姜1-N片,以舒适为度,生姜既可以解表,也可以温中,真是个好东西!

8、生津补液第一药——沙参!

那么多汗,耗气伤津,津血同源——汗血同源——心主血——汗为心之液——夺汗者亡血...

中医挺有意思,就像农村里面的亲戚关系似的,谁家跟谁家都或多或少的有些亲戚关系。

所以,再看五脏六腑,十二经络,也是各种各样的亲戚关系,挺有意思。

伤津必然口渴,甚至口大渴、尿少、性欲低(丁丁无阴不勃、女性无阴不润),沙参主之。

沙参10-25g。

#TKer陪你过二十四节气#夏意悠未尽,忽觉秋已来#立秋#愿夏天所有的遗憾,都是秋天的惊喜,再见夏天!

TKer健康提醒:
立秋时节,天气依然十分炎热,但在早晚却表现有凉意,这时白天要做好防暑降温工作,晚上则要避免受凉受寒,特别是入睡之后,要避免着凉感冒[傻眼]
同时秋季气候干燥,晚上虽然凉爽,但白天气温仍较高,所以根据“燥则润之”的原则,可适当食用如芝麻、蜂蜜、百合、杏仁、乳品等柔润食品,可以益胃生津,有益健康。同时可适当多食一些酸味果蔬,食酸以收之。


发布     👍 0 举报 写留言 🖊   
✋热门推荐
  • #爱在夏天-告五人[音乐]# “在这座城市遇见你”第一次看live也太high了!#告五人巡演##给你一瓶魔法药水[音乐]# 先说债,期货跟现券不是一个节奏,现
  • 19、人间喜乐,至味清欢。26、人生如逆旅,我亦是行人。
  • 我觉得马蓝星对独孤月更多的是愧疚和自责,愧疚自己把他落在月球上,人家这么喜欢自己,自己却不知道或者对他没意思,而在影片接近尾声的按按钮的镜头,有把她在影片开头按
  • 在Rhy·thm Link的摄影棚拍了杂志封面,然后和敬人去吃大餐了(听说本来6月的封面爱豆不是我,不知道是谁暗箱操作换人了呢) 【父亲瘫痪、母亲患癌离世……#
  • 我之所以那么喜欢体香原液的原因之二记得生娃后体重还有130多斤,持续了接近半年…有一天我找了一个固定的发型师剪头发,他那天说了一句话,他说:“你有没有闻到你身上
  • [兔子][兔子]#小鸟的周记#41傍晚 下地铁刚骑上小蓝 路灯一下全部打开 仿佛此刻的光都是为自己照亮 路过公园 恰巧公园的灯也齐刷刷突然亮了 月亮在左边一直陪
  • #分享自己的喜欢# 网红名:“水泥灰酸奶”+水果捞 实名:杂粮酸奶+水果捞 配料:自制有机酸奶 黑米、黑豆、黑芝麻炒熟破壁研磨成粉 青提、芒果、火龙果、 爆爆
  • 【材质】:太行崖柏满瘤疤【工艺】:纯手工磨【特点】新鲜出品,高油性,黄金底色,底色非常干净,品质非常OK【关于拍摄】一心专注实拍,只为给每一位文玩爱好者一个真实
  • #StrayKids周边[超话]#根据投票结果,现正式启动面向正规二、圣诞专及ODD的专卡控价工作,大体方向为控制价格区间同时由于主持团队人数较少,对于价格的
  • 从村里人口里你知道,岚她比寡妇还大一点,在这个村子里其实像你这个年纪就要准备找人嫁了,要不寡妇怎么会有这么大的孩子。我的头简直是她的两倍大 然后她五官也好小巧精
  • 02、真诚做事真诚做事,这本应该是我们每个人都要做的事情,但是最后很多人都放弃了,因为很多偷奸耍滑的人,他们不真诚做事却获取到了更多的利益,就有人会争相模仿,最
  • 去年我记录的这个老板也是,人很好也很喜欢我,我跳槽后还在领英上给他写很动情的长信向他update近况内向年轻白男不太行,我上一个老板就是,还太年轻所以不太会找话
  •   5.献声46年 费玉清宣布引退  63岁的费玉清(小哥)拥有一副美声嗓,近年多在大陆发展,9月接棒好友江蕙、无预警发表引退亲笔信,他说卖力冲刺事业46年,却
  • 一口下去,咸香软糯,味蕾得到充分满足[憧憬]减脂期的小伙伴也不在怕的哦[偷笑]俏妈厨房食谱:一、 准备食材贝贝南瓜、蒜末、盐、玉米淀粉、黄油、黑胡椒、欧芹碎二、
  • #来打卡!沿着长江读懂中国——湖北千里长江行# 【二三十万人!8月9日,在第七届湖北省与中央企业项目对接洽谈会上,中国三峡武汉科创园、中铁建长江投资有限公司、中
  • 上世纪90年代,光威集团提出“跳出院墙,围着院墙转”的发展战略,以研发生产钓竿用的碳纤维预浸料为契机,由传统劳动密集型企业成功转型为高科技企业,开国产先进复合材
  • 直至疯癫,直至分不清现实还是梦境,错乱了时空,恍惚了意识,只能在自我臆想中找到些许慰藉 的确,这是一部被低估的电影,如鲠在喉“人人都笑树先生,人人都是树先生”每
  • 夏天是不具象的,是一起看的风景让它具体;记忆是没有温度的,是相拥的每个瞬间让它升温。带着晚餐 去南锣附近吃晚饭 还得排队[黑线] 味道不错 茶也好喝 穿过中戏的
  • 下午,国家乒乓球男二队、国家男子青年队来到河北正定县实验学校,国家男子青年队教练员林岚霄和正定县实验学校书记、校长张树杉先后致辞,鼓励所有参加活动的运动员和同学
  • 10. 我频繁记录着,因为觉得生活值得11. 人生除了生死,其他都是擦伤12. 人际情感上的事儿,别顾着自己委屈,走出去看看对方的世界,大家都是心里下了无数场雨