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中国将率先量产上帝粒子?解密量子物理离不开的中国元素

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使万物产生质量的「希格斯玻色子」(俗称「上帝粒子」)曾是获得2013年诺贝尔物理学奖科学家研究的对象。可以大量制造出这种基本粒子、用以揭开宇宙和物理学之谜的研究设施「希格斯粒子工厂」正在受到关注。中国等推进的新建设计划正显示出后来居上之势。

希格斯玻色子的存在于1964年在理论上被预言,2012年通过位于欧洲原子能研究机构(CERN)的巨大环形加速器「大型强子对撞机(LHC)」的实验得到确认。不过在LHC的实验中,无法大量制造,仍不十分清楚详细性质。在此背景下,相关人士讨论建设被称为希格斯粒子工厂的加速器设施,以此大量制造希格斯玻色子并详细展开调查。

中国将率先量产上帝粒子?解密量子物理离不开的中国元素

全世界的物理学家之所以重视希格斯粒子工厂,是因为一般认为希格斯玻色子掌握着弄清宇宙如何形成和将来如何变化的钥匙。

根据现在的物理学的标准理论,希格斯玻色子只有1种,但人类也得知,如果希格斯玻色子的性质与理论预测一致,宇宙将变得不稳定。这样一来,颠覆此前的常识、若干宇宙并​​行存在的「多重宇宙理论」正确这一可能性将提高。

量子领域的中国雄心

在物理学界7年前证实了一种基本粒子的存在之后,科学家们开始把目光聚焦于一项建造希格斯玻色子工厂的计划。而来自中国的团队在世界范围内首次公布了这项计划的详细概念设计方案。

7年前发生在法国和瑞士边境的一系列碰撞实验证实了一种基本粒子的存在,这在中国物理学家的心里引发了连锁反应。

但对于中国科学院高能物理研究所来说,这只是一个新的开始。

中国将率先量产上帝粒子?解密量子物理离不开的中国元素

企查查:中国高能物理研究所所长王贻芳

中国计划下一步是开发出下一代粒子对撞机,一座可以大量产生希格斯玻色子的工厂。

发现上帝粒子的中国物理学家们

在发现希格斯粒子后,中国高能物理学界提出了在国内建造大型环形正负电子对撞机的设想,约100公里长,是当今世界上最大对撞机LHC的4倍。如若实现,将在“干净”的正负电子对撞实验上大量制造希格斯粒子来精确研究其性质,深入研究基本粒子质量的起源,探索超出标准模型的新物理,为未来基础物理学指引方向。

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企查查:中国高能物理研究院企业图谱

有份参与「寻找上帝粒子」实验的中国科学院高能物理研究所科学家表示, CERN实验的初步结果,具有里程碑式的科学意义,但还不能最终证实新粒子就是希格斯玻色子。他们说,在全球合作的CERN实验中,中国提供经费和参与科研人员所占比例1%左右,但中国的贡献「远远超过百分之一」。

参与CMS实验的高能所研究员陈国明说, CMS实验1/3的端盖缪子探测器和端盖电磁能量器的所有晶体,均由中国研制提供。特别是实验中用多变量分析方法区分讯号与本底、提高希格斯玻色子寻找的灵敏度方面,这次采用了CMS中国组的方法,比去年采用美国组方法的灵敏度要高3%。

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另一研究员娄辛丑参加了ATLAS实验。他说, ATLAS中国组对实验探测器建造方面的主要贡献,包括研制提供液氩光子电子量能器、精密缪子漂移室探测器和400台ATLAS端盖缪子触发探测器以及网络计算系统等,中国组还积极参与实验数据的物理分析,包括光子触发效率研究、改进双光子希格斯玻色子重建质量分辨约30% 、测量双光子希格斯玻色子重建本底噪音等。

太极和量子物理哲学如出一辙吗?

用近代科学中的粒子物理来解释中国古代哲学无疑非常流行,尤其是孔孟及易经的宇宙哲学。

物理学如何解释中国哲学中的无极,无极如何演变成太极、四象及八卦?以物理学观点来看,无极就是真空状态;经过量子震荡进入高能量的假真空,随即经过大爆炸,产生「从无到有」的上帝粒子----Higgs,Higgs很快衰退成为质量最高的粒子;这粒子可能是大统一场论尚未发现的粒子,也可能是当今已经知道最重的顶夸克,这粒子再衰退成许多的普通夸克与胶子,成为一个均匀的胶子与夸克的流体,是为太极。

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两仪可以理解为生成太极后,宇宙急速膨胀;由于夸克与反夸克的不对称性,反夸克迅速消失,正夸克冷却成为质子,宇宙便成为质子(阳)与电子(阴)的世界;形如粗暴雄与悍雌剧烈互动,双方把相互释放出来的光芒很快吸收,这就是太极进入了两仪,所以那时的宇宙是黑暗的。

进入两仪之后,宇宙继续膨胀、慢慢冷却,质子与电子构成了氢原子,氢原子凝聚在一起,构成亿万个太阳及简单的太阳系;这时的宇宙才开始慢慢透明光亮。这是四象。

许多颗质量重大的星星,在燃烧殆尽之后,会产生质量密度很大的中子星;中子星与中子星相遇,互相吸引,跳着死亡的华尔滋舞步,最终互相毁灭;在极度强烈的作用中产生了铁、钴、镍等重元素。

中国将率先量产上帝粒子?解密量子物理离不开的中国元素

这些种元素是人类血液里不可缺少的成分,完成了八个家族元素所构成的周期表,这个阶段可称为八卦。

原子核是阳,电子是阴;原子核比电子重很多,可是电子所占据的体积比原子核大很多;它们特性各异,各有司职,所以相辅相成。可以说阴阳是万事万物的基本。阴阳的关系不应是数学意义上的共轭覆函数;如果是共轭覆函数,例如正电子负电子阴阳特性完全相反,是会互相毁灭的,宇宙如何能存在?

如何运用现代科学解释中国古代哲学,是个严肃的问题,应本着科学严谨的态度,不能想当然或牵强附会。

也有华裔诺贝尔奖科学家反对建大型强子对撞机

毋庸置疑。强子对撞机会使得中国成为粒子物理学的新中心,项目建成后,至少会有五六千名各国一流科学家为做实验举家迁往中国,且长期居住。这对中国的科技水准有极大的促进作用。

而反对者则认为,强子对撞机实际上是一个国内出钱供国外人和设备表演的无底洞。杨振宁指出「其设计,以及建成后的运转与分析,必将由90%的非中国人来主导。如果能得到诺贝尔奖,获奖者会是中国人吗?」。更重要的是,很多反对者认为,中国仍然是发展中国家,有更加需要的项目如民生需要投入。同时,即便在科研中,国内仍需要更多的基础人才培养,学术环境改善,在这些都未加强的情况下,投入一个可能上百年才会对人类生活产生改变的方向,实在太过奢侈。

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中科院高能物理研究所所长王贻芳曾对此做出回应,认为建造超大对撞机并不会挤压其他基础科学研究的经费,同时建造经费的90%会花在国内;同时高能物理在人类生活中有很多诸如WWW网的应用,并不是全无作用;同时,是否获诺贝尔奖不可预料,也并非国家投入科研之目的。

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