“冰立方”藏在南极的中微子“捕手”

<正>中微子,这个曾在2011年的"超光速"乌龙事件中一度街知巷闻的粒子物理学名词,在国际物理学的舞台上几度掀起了波澜。先是2013年11月,位于南极的"冰立方"中微子天文台首次确定探测到了来自太阳系外的深空中微子;而后是2014年的2月11日,一组英国科学家对中微子的质量提出了新的见解,认为中微子比先前认知的要重得多;最近     

我国将建北半球最高巡天能力望远镜

<正>日前,由中国科学技术大学和中国科学院紫金山天文台共建的"大视场巡天望远镜"项目(简称WFST)正式落地青海省海西州冷湖赛什腾山天文台址。WFST包括望远镜本体、主焦相机、望远镜圆顶台址和数据存储分析四大分系统。其中望远镜口径2.5米,采用国际先进的主焦光学设计,提供大视场、高精度和宽波段巡天能力,性能先进。     

费米国家实验室的未来走向

2009年,位于日内瓦的欧洲核子中心(CERN)的粒子物理学实验室的大型强子对撞机(LHC)投入使用;而在此前的26年,芝加哥附近巴达维亚的费米实验室的正负质子对撞机(Tevatron)一直统治着粒子物理学领域。Tevatron也是费米实验室的骄傲和希望,它曾是第一台用高达1万亿电子伏轰击粒子的机器,捕获了许多新奇亚原子粒子,其中包括顶夸克的发现(顶夸克属于上夸克的近亲,但其质量要略重)     

威廉·马丁·弗尔班克(1917～1989)

美国物理学家皮尔·弗尔班克(Bill Fairbank)于1989年9月30日在斯坦福大学校园附近漫步时因大面积心力衰竭而突然去世。他在与他同辈的科学家中可算是一位佼佼者。他在与液氦和超导性有关的低温物理学试验方面所取得的杰出成就,和他不遗余力地将低温技术用于开拓包括基本粒子、重力波和广义相对论在内的许多物理学领域所做的贡献,得到了举世公认。     

日本试水主导国际直线对撞机

正要么现在争取,要么就夭折:高能物理学界正加快计划未来的研究设施。复兴的国际直线对撞机(ILC)将会成为下一个大型粒子物理学设施的角逐者。在将近20年的研究工作中,这个正负电子对撞机逐渐成形,而这多亏了科学、政治和财政发展的合力。支持者已经构思出ILC的阶段性建造方案。目前的想法是:它一开始会是一台250 GeV(而不是500 GeV)"希格斯粒子工厂"。因为较低的能量可以用较短的加速器来实现,估计这样造价就降低了40%之多,大约为50亿美元(不包括人工)。     

大型电子-正电子机——深思熟虑而后行事

大型电子一正电子机(LEP)正在欧洲原子核研究组织(CERN)兴建中。它的物理学议事日程最早在七十年代后期就开始流传了,那时,Z~0和W~±完全是一种理论上的粒子,可是格拉肖、萨拉姆与温伯格的电-弱理论的弱力部分就是需要它们。既然这些粒子都已经在CERN利用质子-反质子(P(?))碰     

理查德·泰勒(1929—2018)

正理查德·泰勒因发现夸克(宇宙中最基本的粒子之一)而获得诺贝尔物理学奖。2018年2月22日,出生于加拿大的实验物理学家理查德·泰勒(Richard E.Taylor)在加州斯坦福大学去世,享年88岁。1990年,他因发现宇宙中最基本的粒子之一——夸克——而获得诺贝尔物理学奖。他所任职的斯坦福大学宣布了他的死讯,但没有提及死亡的原因。20世纪60年代末,夸克的发现是物理学上一件惊天动地的大事。它为标准模型理论的发展铺平了道路,该理论是所有已知基本粒子和力的分类系统。"在发现夸克之前,我们已经知     

对称性自发破缺的历史发展

本世纪最伟大的科学成就之一是弱电统一理论,而使该理论取得重大突破性发展的是真空对称性自发破缺的应用。对称性自发破缺的概念在当代物理学中占有十分重要的地位。本文将研究探索对称性自发破缺概念是如何从固体物理学领域(特别是超导现象)移植到粒子物理学中,以及物理学家们是如何克服重重困难,最后使其成为粒子物理学的重要概念的。     

走近诺贝尔奖(十二) 设个陷阱捉粒子

<正>在野外挖个陷阱,一些野生动物就可能陷在其中难以逃脱。这是一种常见的捕捉野生动物的方法。物理学家将这种设置陷阱的方法用于尖端的量子物理学研究领域来捕捉粒子。只不过要设置这样一个高科技陷阱,可比在野外挖坑难多了。对于单个粒子来说,经典物理学定律已不再适用,量子物理学开始"接手"。但从环境中分离出单个粒子并非易事,而且一旦粒子融入外在世界,其神秘的量子性质便会消失。两名"粒子猎人"一起获得了2012年诺贝尔物理学奖,他们分别是法国物理学家赛日尔·阿罗什和美国物理     

菲利普·安德森(1923—2020)

正菲利普·安德森是诺贝尔物理学奖得主,他改变了凝聚态物理学和粒子物理学领域。2020年3月29日,菲利普·安德森(Philip Warren Anderson)逝世,享年96岁。在他的引领下,凝聚态物理学获得了长足发展。1977年,安德森凭借对无序体系电子结构的基础性理论研究和磁学方面的开创性工作而与其他人共同分享了当年的诺贝尔物理学奖。他在研究超导体时,提出了安德森-希格斯机制,     

希格斯玻色子不存在几率仅为三亿分之一

2012年7月4日,英国科学家宣布发现了一种与希格斯玻色子类似的粒子。现在,借助大型强子对撞机寻找希格斯玻色子的研究小组报告称,实验结果的确定性水平达到5.9西格马,这进一步证实了他们极有可能发现了这种有着"上帝粒子"之称的粒子。科学家寻找上帝粒子已经有数十年历史,这种粒子是标准物理学模型中缺失的最后一环,它能够解释物质为何拥有质量。大型强子对撞机通过质子束对撞产生巨大能量,进而形成上帝粒子。但这种粒子瞬间即逝,衰变成其他可以被捕获和进行分析的粒子,或     

非粒子物理学

有鉴于按照流行的粒子物理学模型难于将四个主要的自然力:强核力、弱核力、电磁力和引力结合成一个单一的力场,多年来从事于"四力合一"研究的美国哈佛大学物理学家Howard Georgi于2007年3月推出了全新的非粒子(unparticles)学说,并想用位于瑞士日内瓦的大型强子对撞机(LHC)在2008年启动后出现的新鲜事件来验证此创见.     

哈雷彗星的单色光度测量

彗星的单色光度测量是研究彗发气体与尘埃的重要方法。由于彗星往往很暗,这类观测甚为困难,已得资料不多,更未用于哈雷彗星。 1985年11月6—10日,在云南天文台1m望远镜(f/13.3)卡焦上配置CCD装置及彗星滤光片进行观测,得到哈雷彗星的50多幅单色图象。CCD(电荷耦合器件)是一     

从夸克到宇宙

物理学家已经建立了一种描述我们周围普通物质特征的粒子和力的标准模型.同时,天体物理学和宇宙学空间观测已经揭示出,我们对宇宙的图像的认识是不完备的,宇宙大约96%的份额不是由普通物质构成的,而是由其他一些神秘的东西--暗物质和暗能量--构成的.我们已经认识到,实际上我们并不知道宇宙的大部分是由什么构成的.认识这种未知的"新"宇宙有赖于研究物质最基本单元及其性质的粒子物理学的突破性发现.     

希格斯之后的新粒子景观——后LHC时代的“希格斯工厂”探究

欧洲大型强子对撞机(LHC)发现了疑似希格斯玻色子,从而在粒子物理学研究史上留下了浓重的一笔。然而,科技的进步如白驹过隙,科学家们认为LHC行将落伍,拟计划建造其替代品——ILC、LEP3抑或CLIC,便于更精确地研究希格斯玻色子及其相互作用。新粒子抑或更复杂有趣?当世界各地的粒子物理学家7月5日"醒"来之时,那欢乐的场面、解脱的感觉乃至热泪盈眶的情景仍然记忆犹新——除此之外,仍有一个巨大的问题没有答案。就在前一天,欧洲核子中心(CERN)宣布,一个疑似希格斯玻色子的新粒子在大型强子     

探究物质最基本的结构——从中微子和正负电子对撞谈起

首先对粒子物理的基本目标、实验方法、研究现状以及粒子标准模型进行了简要介绍。解释了为何寻求超出标准模型的物理信号是现阶段物理学研究的核心任务。接着着重介绍了首个在粒子物理实验中被证实的超出标准模型的实验信号、中微子振荡及其实验测量,以及通向新物理原理的探针——希格斯(Higgs)玻色子。最后,介绍了高能物理实验设施,特别是现有的北京正负电子对撞机项目和未来的环形正负电子对撞机项目。对于后者,除了明晰其突出的物理学意义和物理学性能,还阐述了其对科学技术的促进作用。     

杰克·施泰因贝格尔(1921—2020)

正因发现μ子中微子而荣获诺贝尔奖的粒子物理学家。1945年,当粒子物理学家杰克·施泰因贝格尔(Jack Steinberger)开启其职业生涯时,科学家们对于亚原子粒子知之甚少。如今,为人所熟知的亚原子粒子已达数十种之多,其基本构造都已编入粒子物理学标准模型中。     

2020欧洲粒子物理学战略敲定

正《2020欧洲粒子物理学战略》的目标之一是选择一个希格斯工厂,对加速器和探测器进行研发,开展项目可行性研究并改善环境的可持续性。2020年6月,欧洲核子研究中心(CERN)理事会全票通过了《2020欧洲粒子物理学战略》。新战略把建造正负电子对撞机和未来环形对撞机(FCC)作为最高优先事项。     

我们需要粒子加速器的10个理由

<正>物理学家想要通过粒子加速器来解决物理学的一些根本性问题:我们的宇宙是如何诞生的,为什么物体拥有质量等等。但粒子加速器是什么?它是不是离我们很遥远?这么高大上的设备,跟我们又有什么关系呢?粒子加速器(Particle Accelerator)的体积通常极为庞大,位于美国芝加哥附近的费米实验室的万亿电子伏加速器(Tevatron)周长为6千米,而欧洲核子研究组织(CERN)的大型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC)的周长则是它的4.5倍。它不但体型巨大,而且造价极其昂贵。     

发现引力波——2017年诺贝尔物理学奖解读

2017年10月3日，终于到了宣布2017年物理学奖的时刻，诺奖委员会宣布：2017年的诺贝尔物理学奖授予三位美国物理学家雷纳?韦斯(Rainer Weiss)、基普?索里(Kip Stephen Thorne)和巴里?巴里什(Barry Clark Barish)，表彰他们对于研制激光干涉引力波天文台以及利用该天文台发现了引力波作出了决定性的贡献。这样的结果毫无悬念，和物理学界大部分学者的预言完全一样。那么，这个科学发现到底是什么？和现代物理学的发展有什么关系？爱因斯坦和这个发现是什么关系？引力波有什么用？有办法防引力波辐射吗？引力波探测与研究的未来是什么？中国在引力波探测领域的现状和未来计划是什么？笔者将在这篇文章里回答上面这些问题。