解开宇宙奥秘 解释物质起源——科学家竞相从B介子中寻找答案

为什么宇宙间不是空无一物而是充满了各种物质(发生前一种情况的可能性似乎要大得多)?对这一问题作出回答已经成为高能物理学研究领域下一步所面临的首要任务。科学家们正把研究的焦点,集中在一种以前鲜为人知的短寿命粒子B介子上,这种介子是由粒子碰撞产生的。 为了解开宇宙间这个极为引人注目的奥秘。世界上至少有6家大型研究机构研究这个问题,并争分夺秒改进各自的仪器装置,这些装置包括:美国斯坦福直线加速器中心的质子—电子—正电子2号对撞机、康奈尔大学的电导电子自旋共振增强型加速器、日本筑波高能物理学研究所的改进型对撞机、德国汉堡的电子同步回旋加速器,以及美国费米实验室和日内     

物理学家称或将发现奇异粒子和额外时空维度

<正>物理学家认为奇异粒子和额外的时空维度是物理学的下一个探索目标,奇异粒子是一些亚原子粒子,其参与强相互作用和弱相互作用,来自英国伯明翰大学的物理学家大卫·查尔顿认为这些奇异粒子将填补粒子物理标准模型的空白,他也是欧洲核子研究中心大型强子对撞机ATLAS实验的发言人,该实验试图通过精确的测量来解释为什么其他粒子拥有质量     

漫画的力量

20世纪90年代初,英国保守党政府在科技政策上做了重大调整,试图削减对基础科学研究的经费支持。这使得梦想在高能加速器上发现"上帝粒子"——希格斯玻色子(Higgs Boson)的物理学家们忧心忡忡。科技大臣威廉·沃尔德格雷夫(William Waldegrave)把话说得很清楚,物理学家们必须明确地解释这个"上帝粒子"为什么如此重要,以至于要花几十亿美元去寻找它?"假如你们能够帮助我弄明白这一点,我将有更大的机会帮助你们搞到钱。"沃尔德格雷夫在英国物理学会的年会上说。他进一步强调,如果有人能在一页纸上用简单的语言解释清楚希格斯机制何以给予基本粒子以质量,那么他愿意奖励这个人一瓶香槟酒。     

宇宙是张全息图:一切只是二维平面编码?

<正>据国外媒体报道,美国能源部费米国家加速器实验室(Fermi National Accelerator Laboratory)开展了一项称之为Holometer的特殊实验,目前已经开始收集数据,试图回答一些关于宇宙的难题——其中包括"我们是否生活在一个宇宙全息图(hologram)之中"。就如同从2D的电视屏幕中似乎可以看到3D世界,我们所感受到的3D空间或许只是一种幻象。我们宇宙中的一切信息     

迷你雕塑凝固闪电风暴

<正>闪电,华丽、耀眼却转瞬即逝。如今,62岁的美国雕刻家波特·海克曼用一台500万伏的粒子加速器撞击有机玻璃板,将闪电瞬间凝固,制成形态各异的"闪电雕塑"。海克曼不满足于普通的闪电造型,因此,他请物理学家托德·约     

时间旅行即将美梦成真吗

来自未来的第一批旅行者可能将现身。全世界的物理学家都在兴奋地等待造价46.5亿美元的大型强子对撞机(LHC)——有史以来功率最大的核粒子加速器的启动。据说,它将使人们对宇宙中发挥作用的粒     

德国物理学家验证由六个夸子组成的粒子的存在

正德国于利希研究中心和图宾根大学的物理学家利用COSY加速器,证明了由6个夸子组成的双重子态粒子的存在,验证了他们早在2011年的发现。过去有很长一段时间,物理学家仅能验证介子和重子两种类型强子的存在,近年来这一状况发生了变化,先后发现了"胶球"、"多夸子"等假想的复合粒子。2011年8个国家的120多位科学家利用于利希研究中心的COSY加速器共同研究发现,存在     

星系家谱

星系可以称得上是"宇宙的基石"。18世纪伟大的德国哲学家康德,曾称这些看起来模糊不清的物体为"宇宙岛"。他认为,这些宇宙岛是我们银河系之外的天体。现在我们知道,若用大型的望远镜观察,它们的身姿可谓千娇百媚。那么,就让我们来领略一下它们的风采吧。     

CERN确定下一个搜寻目标:暗物质

<正>7月8日初,欧洲核子研究中心(CERN)表示,他们的大型强子对撞机(LHC)已经发现了疑似希格斯玻色子的粒子,下一步将着手搜寻暗物质,为了完成这一目标,他们将耗资12亿欧元对LHC进行升级。物理学家们普遍认为,暗物质是宇宙的"黏合剂",然而,尽管宇宙间大约84%的物质都由暗物质组成,而且暗物质也遍布于我们周围,但因为其不发光也不反射光,所以迄今还没有被"看到"。LHC两个探测器的主管分别宣布,他们找到了一种新的亚原子粒子,这种粒子     

媒体纵览

<正>无处不在的"弦"从20世纪80年代开始,众多的物理学家开始研究超弦理论,至今仍未完成。这个理论认为,组成自然界(宇宙)所有物体的"最小零件"就是"弦"。虽然超弦理论是一个尚未完成的理论,但是它有潜力成为统一现代物理学两大基石(量子论和相对论)的"终极理论",是一个十分活跃的研究领域。超弦理论所追寻的,正是世界的根本原理,如果这个理论能够完成,我们期待着它能更好地解答宇宙的     

《宇宙和地球》

正星座是星空上的连线图吗?极光是大自然的魔术吗?为什么我们晚上看不到太阳?为什么我们白天看不到月亮?……你能回答这些问题吗?翻开《宇宙和地球》,你将开始头脑大爆炸式的奇幻之旅。这里有与宇宙有关的知识,银河系、太阳系、地球、月球……这里有全景式插图,让你更直观地了解宇宙。     

宇宙基本物质只有三类

宇宙中究竟有多少种物质,是科学家们长期寻求解答的问题。根据狭义相对论,能量与质量可以等量齐观。欧、美科学家最近已测出Z——零粒子的质量为911～912亿电子伏。这是目前所知质量最大的基本粒子。通过Z——零粒子存在的能量范围,美、欧物理学家们计算认为,不会有已知3种中微子以外的中微子或第4种形式的物质存在,     

相对性原理的普适性价值观——兼论惯性力的真实性存在

人们模糊地将相对性原理等同地看作为相对主义（？）,物理学家习惯性地将相对论看作为相对性原理的经典（？）,物理学严格定义的惯性系统在宇宙中是怎么能够稳定存在的？只有我们将这些问题辨清后,才能看到＂宇宙大船＂中的惯性来源,并从而认识到相对性原理的普适性价值。     

Q:正物质与反物质湮灭后,它们的其他能量如引力势能哪去了?

正A:根据量子场论,当一个粒子和自身的反粒子相遇,就会有一定的概率湮灭并以光子等形式释放出能量。但在量子场论中我们一般是不考虑万有引力的,而是将时空背景默认为是曲率为零的平直的闵可夫斯基空间(Minkowski space)。虽然物理学家们暂时还没有一个完整的量子引力理论,但我们可以利用广义相对论来理解这些湮灭过程所释放的能量的引力效应。这里我们不用牛顿的万有引力理论,是因为在经典力学中引力的来源是物体的质量,然而     

宇宙线起源的天文和物理交叉前沿专辑·编者按

<正>一百年前,人们为研究空气里异常放电现象的起源,在海水下和隧道里,在埃菲尔铁塔上和高山上,还在极具危险性的高空气球上开展了大量的实验,最终发现了来自地球之外的宇宙线.随后几十年中,人们从宇宙线研究中发现了众多的基本粒子,在粒子物理学的发展中发挥了重要作用.尽管目前世界上最大的LHC加速器可以把质子能量加速到7 Te V左右,但与自然的加速器相比,仍相差千万倍的量级.宇宙加速器是什么?它们是如何工作的?在如此高的能量下,物理学基本规律是否会发生变化?为回答这些科学问题,今天的科     

怎样用冰来冷却物体

用火加热物体时,我们总是把火放在物体的下面。如果要用冰来冷却物体,我们应该把冰放在物体的上面还是下面呢? A:你也许会说冰放在上面和下面不都一样吗,其实两者的冷却效果相差很大。要说明这个问题,我们先来看看为什么加     

碰撞现象与逻辑思维推理

在物理学史上,伽俐略、马西尔.笛卡儿、惠更斯、马略特和牛顿等著名物理学家都对物体碰撞现象进行过研究。碰撞问题是力学的基本问题之一。但是,在今天的力学课本中,都是直接利用动量守恒定理和机械能守恒定律来处理物体的弹性碰撞,而很少运用思维推理。其实思维推理在物理学中具有重要作用,我们为此特举例说明如何运用思维推理研究碰撞现象。     

谢家麟：为高能物理“加速”

1.2012年2月14日,中国科学院院士、著名加速器物理学家谢家麟,站在人民大会堂的领奖台上,领取了2011年度国家最高科学技术奖。他引领我国高能粒子加速器从无到有并跻身世界前沿。     

引力红移的一种简单推导方法

<正>广义相对论以和谐的形式把物理与几何、引力与时空弯曲联系了起来,它正指导着人们去探索宇宙的奥秘,并为愈来愈多的事实所证实.在本文中,笔者将介绍一种推导引力红移的新方法,为了考虑虚光子(即静止质量为零的粒子)与外力场的相互作用,首先回顾一下具有静止质量的粒子与引力场的相互作用,而且用地球引力场来研究问题.     

以虚粒子为特征的阴性物质能量的释放——人类可利用的新能源之探索

从我们人类所在的四维时空的视点观察，宇宙的边界就是阳性物质世界三维空间弯曲的极限。以虚粒子为特征的阴性物质充盈在三维空间，直至宇宙的边界；但是它并不占有这个空间和边界。爱因斯坦相对论公式虽然具有普遍的意义，但是用它来解释四维以上多维时空以虚粒子为特征的阴性物质时，却显得无能为力，甚至不能说明任何问题——这里正是新的科学的起点和发祥地。以虚粒子为特征的阴性物质蕴含着宇宙问总能量的二分之一，并且携带着宇宙和人类的所有信息和密码。探索以虚粒子为特征的阴性物质能量释放的条件，是解决人类可利用的新能源的当务之急。