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

实拍新朗逸星空版:设计配置多处升级,新鲜感油然而生
对于 上汽大众朗逸 ( 参数 | 询价 ) 这款车,相信几乎没有人不认识的,毕竟自2008年上市以来累计销量超过500万辆,是当之无愧的国民家轿。但熟悉的背后也就相应缺乏了一点新鲜感,这也是所有销量较大的车型很难跨过去的一道坎。

但随着2022款朗逸的到来,这种刻板的印象被打破了。

6月23日,上汽大众2022款朗逸上市,售价区间为12.09-15.09万元。新朗逸最大的看点之一就是带来了两种不同的前脸设计,其中星空版采用了更激进、前卫的设计语言,给人一种全新的感觉。导致很多朋友看了线上的发布会之后,仍觉意犹未尽。为此,我们来到4S店一探究竟。

外形部分

前卫、新颖,整体比例协调。

当你第一眼看到新朗逸星空版时,一定会觉得它和马路上的其他大众车型“格格不入”,是的,无论是看人还是看车,我们总是第一眼“看脸”,它仿佛是一款来自大众未来的车型,前卫且科幻。

说实话,如果扣掉中间的大众LOGO,还真不容易认出这是一台来自大众品牌的车型。

新的设计是大众品牌前所未见的——新朗逸星空版的前脸放弃了传统的镀铬格栅设计,采用了星钻造型元素来代替。这些星钻呈点阵分布,有一种处于星空深处律动外旋的动感,整体不失深邃、动感之美。仔细观察,这些星钻使用了扁平化的六边形造型。

下格栅也同步进行了升级,镂空式设计与上格栅的星空前脸相呼应,整体协调且极具运动气息。

尾部的细节也体现了新的设计手法,整体造型简洁但层次感并不单薄。LED尾灯呈修长犀利的形状,内部做了熏黑处理。新车的车身尾部还搭配车顶鲨鱼鳍天线,运动气息更为强烈。下包围也做了底部熏黑处理,配合大尺寸的回型镀铬饰条,增强了视觉冲击。

侧面的轮廓变化不大,侧面犀利的腰线和17吋花式锋刃轮毂非常吸睛。后者是新朗逸星空版专属的运动套件之一,该套件还包括了黑飒动感尾翼、运动酷黑后视镜、高光黑质感车顶,确实从风格上来讲,更适合年轻群体的欣赏口味。

可以肯定的是,在外形设计上,新朗逸星空版“吸睛力”十足,它展现出了新颖超前的一面,也体现出了上汽大众试图打破常规的决心。

内饰部分

运动、精致,面向年轻就该这样。

如果仅仅是在外形上做出改变,那么消费者一定觉得是“换汤不换药”。当我们打开车门的一瞬间,就得出一个结论:相对于外形,新朗逸的内饰变化更大。

和外观一样,新朗逸星空版在内饰上也采用了偏运动化的设计风格,但其在豪华感、设计感、科技感以及实用性四者间所找的平衡点颇为巧妙。该车最大的亮点在于质感大幅提升,采用了车门板、扶手箱等处大面积软性面料,配合上汽大众一贯的精良做工,让国民家轿也有了一些豪华感。

同时,这一次座舱也具备明显的数字座舱风格,10.25英寸的液晶仪表配以12英寸的悬浮式中控屏,丝毫不落后于造车新势力们。尤其值得注意的是,上汽大众将中控屏从嵌入式改为了悬浮式,不仅造型更简洁,行车时也不用低头观察了,客观上也带来了安全。

在营造运动化风格方面,设计师还特意在空调出风口、座椅和扶手处使用红色缝线作为点缀,配合星空版独有的“酷感黑”内饰配色方案,大大提升了运动感。此外,空调出风口、液晶仪表盘、门板等位置,均采用炫银质感的镀铬加以修饰,做工极为考究。

此外,值得注意的还有方向盘和座椅,老朗逸车主可能体会更强烈一些。全新的三幅式家族式真皮方向盘以及全新的采用大面积石墨黑色高级皮革面料的PVC座椅,无论是视觉还是实际触感,比起老款均有明显提升。

新朗逸星空版和经典版的差异更多的在于配色方面,二者在质感的营造、数字化座舱的建设方面总体一致,从实拍的新朗逸星空版的内饰表现也说明了,新朗逸的内饰提升非常明显。

科技配置

实用、先进,它是“科技生命体”。

新朗逸星空版的车机系统均采用MOS 3.X智慧车联系统,这是上汽大众旗下首款采用该系统的车型。可以提供导航、在线服务以及多种APP的便利。与以往一样,支持触控和感应操控。

在实际的简单体验中,可以感觉到新朗逸在智能车机方面的体验感大幅提升。这种提升感来自两方面:一是顺滑程度,基本上没有迟缓的感受;二是车载应用更为丰富,车载小程序还新增了航旅纵横、趣满满电影票、搜狐短视频、36氪、自驾游路书等小程序。

此外,车机导航新增了场景化在线导航,比如美食地图、旅游地图等等。用户在自驾游时,可以在车机端进行路书查询,查看具体行程路线、详情、评价等,进行参考。

全新的家族式三幅方向盘真皮包裹,手感不错,可以在方向盘上直接操作启动提供ACC自适应巡航和语音识别等功能。

更重要的是,本次新朗逸还配置了尾部倒车雷达、泊车后视影像系统以及自动折叠后视镜等,配合上自适应巡航、自动刹车辅助、电子手刹辅助以及自动驻车等功能,这些配置很多都是原本在更高级别的大众车型才出现的,如今也首次出现在新朗逸上。

写在最后

通过实车考察,我们可以发现新朗逸带来的变化还是很多的,也体现了上汽大众对于朗逸这款国民家轿的深度思考:

首先是外观变化,尤其是星空版的推出,表明了厂家希望朗逸更靠近年轻人群体,满足他们的审美;内饰质感的提升,意味着强化新朗逸作为合资车型的一贯优势;科技配置前所未有的一次给足,也反映出在面对自主品牌的攻势,合资品牌给出的答案。

而最终的结果是,满足消费者在A级家轿市场所有的产品想象,让他们无需在选牌子还是选配置中妥协。

观影时,眼中多多少少都有点克洛克达尔。
独孤月因为一次意外的内心满足错过了回到地球的机会。虽然不能以放弃一个普通且平凡的生命为由,但是大义面前,马蓝星选择了放弃。对于马蓝星来说,多多少少在她心里是留下了深刻的阴影,换一个单纯的人来说,可能在这件事之后,就立马报告了自己的失误而不是在这么这么后才内心纠结的说出口,也算是十分细腻的刻画了这个人物。对于人类来说,孤独真的是太煎熬了。毕竟所有生物的感情是丰富多姿的,如果有一天,世界上只剩下了我,没有了连接,没有了交流,没有了社会,何谈人类呢。就算是再伟大的英雄,也是难以跨越的。当我看到了灾后几乎没有电力的日子,万千家火点燃了地球许久不亮的光亮,拯救了原来还有家的独孤月。我的泪水也毫无预兆的落下,难掩以感动,回家总归是有希望的。我在月球,地球就是我的故乡;我在国外,中国就是我的故乡;我在山东,江苏就是我的故乡;我在盐城,淮安就是我的故乡。是啊,近乡情更怯,又胆怯又感动,是故乡在召唤我,是故乡的人在召唤我。在选择去消灭π+时,这看似是个生死两难的题目,但是对大多数人来说,可能都会这样吧。并不是因为我们有多伟大,是因为那里有我们想守护的人,是大家一起没有了和世界上只有自己的孤独相比,我们还有选择吗?无论家国小爱,大家都有属于自己的内心的那份救赎,无外乎大小,只是本心。
希望祖国繁荣富强,世界共同进步,与环境和解,与灾难再见,太阳每天东升西落。

《独行月球》影评
#出门就是狗的恐惧#


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  • 谢谢剪剪!什么类型都接,不过可能会翻车,不满意可以不用,需要自带图!