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)     

《自然》:2015十大科学展望

<正>新年之际,《自然》杂志对2015年科学动向进行了展望,粒子加速器、气候协议、终结埃博拉、矮行星等十个项目榜上有名。粒子加速器漫长的等待已经结束:停工两年之后,大型强子对撞机(LHC)将于2015年3月重新启动。该对撞机位于瑞士日内瓦欧洲核子研究委员会粒子物理实验室,此次启动它将以13万亿电子伏的能量进行撞击,而这几乎是现有纪录的两倍。科学家们希望额外的火力能够帮助对撞机发现新的现象,以填     

LHCb关于正反物质性质差异的研究取得新进展

<正>现行理论认为,宇宙大爆炸产生了几乎等量的物质和反物质.由于物质和反物质在微观性质上存在一定的差异(物理学上称为"电荷共轭-宇称对称性破缺",简称CP破坏),宇宙经过长时间的演化,形成我们今天观测到的由正物质组成的世界.欧洲大型强子对撞机(LHC)是目前世界上最大、能量最高的粒子加速器.大型强子对撞机底夸克实验(LHCb)是LHC上的4个主要探测器之一,它的主要物理目标是测量     

为什么要建大型强子对撞机

简单地说,建造大型强子对撞机(LHC)的目的,就是帮助家回家粒子物理学中一些十分关键、却又一直悬而未决的问题.     

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。     

仍然隐藏于希格斯玻色子中的物理学

<正>自2012年发现希格斯玻色子以来,大型强子对撞机还未发现新的粒子,但物理学家表示,人类仍然可以从希格斯粒子中了解很多东西。2012年,粒子在大型强子对撞机(LHC)27千米长的圆形隧道中相撞,产生了希格斯玻色子。希格斯玻色子是粒子物理学标准模型所预测的最后一个失踪粒子,也是将数十年前的一组方程组合在一起的关键所在。但在大型强子对撞机上还没有发现其他新的粒子,这为人类留下了许多标准模型无法解开的宇宙谜团。一场关于是否要     

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。     

超大型强子对撞机

<正>预计未来的超大型强子对撞机(VLHC),其加速环的周长将达到100公里,产生的能量是目前大型强子对撞机的7倍。2008年在欧洲启动大型强子对撞机(LHC)时,粒子物理学家们没有奢求要一台更大型的强子对撞机。当2012年LHC完成了最初的使命——发现希格斯玻色子,物理学家开始兴奋的憧憬设计一台机器来取代它:超大型强子对撞机(VLHC)。     

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     

现代“阿特拉斯”:大型强子对撞机

最近,各国物理学家在莫斯科附近的杜布纳召开了"物理学和大型强子对撞机探测器"国际学术会议,这次会议是各国物理学家试图展望21世纪的大会。再过10年,世界上最大的加速带电粒子设备——大型强子对撞机(LHC)将在日内瓦投入试用,它位于瑞士和法国边界全长27千米的地下隧道中。物理学家们希望,在今天难以想象的高能(10~(13)电子伏特)粒子碰撞时,将可以最终得到目前所未知     

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.     

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)。     

世界最大对撞机将重现宇宙诞生时形态

据英国《卫报》报道，汇聚了来自30多个国家的2000余位物理学家、费时20年、耗资60亿瑞士法郎建造的有史以来最大、最强大的高能粒子加速器——大型强子对撞机（LHC）将于2008年夏季正式启动。用斯蒂芬&#183;霍金的话说，通过轰击粒子重建大爆炸之后的宇宙初期形态是“上演重大物理学发现的一个新的黄金时代的到来”。     

谈谈超导金属中的准粒子——与郝柏林同志商榷

《自然杂志》3卷9期郝柏林同志的《谈谈统计物理学的对象和方法》一文中,在列举名目繁多的准粒子时,将“超导金属中的电子对”也误认为是一种准粒子。熟悉现代超导微观理论的人都知道,在超导体中,电子对(即所谓库柏对)恰好不是准粒子。从统计物理学的角度来看,电子对有点类似玻色-爱因斯坦凝聚     

揭秘上帝粒子:非同寻常的诺贝尔物理学奖

正欧洲大型强子对撞机上发现的新希格斯粒子有可能成为标准模型预期的上帝粒子。这一革命性发现开创了探索宇宙中所有基本粒子质量起源的新时代,成为21世纪基本粒子物理学的关键转折点。新的里程碑2012年六七月之交的周末,笔者在欧洲核子研究中心(CERN)所在地拍摄了一张照片,上面除了飘扬着的各成员国彩旗之外,还能看到厚重的乌云与阳光交错的天空,以及衔接云层的山峦。这很能够描述当时CERN的物理学家们在即将揭开一个惊天秘密之前的紧张与兴奋心情。几天之后的7月4日,CERN新闻发     

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     

《科学》杂志2008年科技前沿展望

一场碰撞的开始? 2008年夏天,物理学家们聚集在位于瑞士日内瓦郊外的欧洲核子研究中心(CERN),希望完工不久的超级粒子对撞机--大型强子对撞机(LHC)能够发现新的粒子,进而解决一些现有的难题.     

希格斯玻色子的发现及其科学意义

自从首次预测希格斯粒子存在的50年以来．科学家终于宣布。世界上最期望已久的粒子终于在大型强子对撞机上被检测到。在瑞士日内瓦附近欧洲核子研究中心（CERN）的礼堂内,充满了经久不息的热烈掌声、口哨声和欢呼声。这一突破意味着解释所有已知粒子以及作用于它们的各种力的粒子物理学标准模型．可望得以完成。     

大天文学

有意思的是,当提及"大科学"的时候,人们往往会想到巨大的粒子对撞机。大而深的地下实验室和高昂的国际合作,已经成为了现代粒子物理学研究的必要条件,而它们所研究的对象却是现实世界的最小单元。然而并不仅仅是物理学喜欢昂贵的设备。2011年4月2日英国的焦德雷班克天文台被选为耗资21亿美元的一平方千米天线阵(SKA)的总部。SKA由19个国家参与,旨在建造迄今最大的射电望远镜。"虚拟"观测陈列焦德雷班克天文台已经建成,但它不会是SKA的所在地(SKA将落户者澳大利亚或南非)。在射电     

人造黑洞的意义

2008年9月10日欧洲大型强子对撞机终于完成首次运行测试,著名物理学家斯蒂芬·霍金说这次实验将带来"物理学发现的黄金时代".虽然有人对可能出现的黑洞威胁忧心忡忡.