粒子物理學是怎樣改變我們的生活的?

2021-02-08 百家號

說起粒子物理學,人們總以為那是一門距離生活很遙遠的高精尖學科。實際上,粒子物理學離我們的日常生活很近,常常在不經意間與我們擦肩而過。

紙尿褲

化學家利用粒子加速器第一次了解了高吸水性聚合物的詳細潮溼結構。這些高吸水性聚合物被應用在紙尿褲中,這令他們能夠調節並改進高吸水性聚合物的分子式,從而獲得了完美的材料——這項技術已被應用在紙尿褲中。

熱縮包裝

當你購買了一隻新鮮的火雞,你應該感謝粒子加速器,正因為有了它,才使得火雞保持新鮮。幾十年來,食品產業一直使用粒子加速器來生產高強度的熱縮薄膜,從而讓火雞——也包括水果和蔬菜、烘焙食品、棋盤和DVD——可以被封裝起來。

貨廂掃描

每年,美國有超過 20 億噸貨物要通過港口和水路。許多港口如今都採用粒子加器產生的高能 X-射線來鑑別違禁品以保障港口安全。這些 X-射線可以穿透很深並能夠識別貨廂的更多細節。

磁共振成像

這項救人無數的醫療技術被稱為磁共振成像,它能夠對人體軟組織進行詳細成像。與 X-射線不同,磁共振成像能夠從大腦的白質中區分出灰質,能從非癌變組織中區分出癌變組織,能從器官中區分出肌肉,也能夠揭露血液流動與中風的徵兆。

人力開發

許多經過粒子物理學訓練的人轉行到工業、醫藥、計算機或其它能夠發揮其特長的領域。你經常能夠發現一名粒子探測器專家正在勘探油井,或者一名加速器科學家正在做癌症治療的工作。

人工心瓣

通過用加速器產生銀離子轟擊的辦法,物理學家設計了一種可用於增強人工心瓣安全性的材料。加工後的材料表面能夠避免人體將心瓣當作入侵物,從而避免在其周圍產生一些有潛在危險的額外組織。

研究用的高強光線

環狀粒子加速器令高速運動電子的軌跡彎曲,從而導致電子發光。這種光在多種應用中是一種強大的研究工具。專門的同步輻射加速器也稱之為光源,可以讓科學家控制光的波長與強度用於研究更好的電池、綠色能源、新的高性能材料、更有效的藥物治療以及對自然界進行更深入的認識。研究用的高強光線。

網格計算

全球資訊網並不是粒子物理學對計算領域唯一的促進。為滿足 LHC 實驗的計算需求,粒子物理學家創造了世界上最大的網格計算系統,跨越 36 個國家 100 多所研究機構,大大促進了全球網絡和分布計算機的發展。

家具

拋光

四分之一個世紀以來,世界上許多公司都在使用粒子加速器產生的電子束來製造防刮、防汙的家俱。這些處理後的凳子、架子和桌子的表面看起來象是木頭,但非常耐磨。

(作者:心蛛)

相關焦點

  • 從南極洲噴出的神秘粒子是否會改變現有的物理學?
    從南極洲噴出的神秘粒子違背了物理學研究人員準備啟動南極脈衝瞬變天線(ANITA)實驗,該實驗在南極上空的氣球上懸掛時,可以接收到看似不可能的粒子信號。我們最好的粒子物理模型正仿佛無法再隱瞞宇宙的秘密了一般,從縫隙中噴射出神秘物質。
  • 粒子物理學離不開人工智慧
    幸運的是,粒子物理學家不必自己處理所有這些數據。他們與一種稱為機器學習的人工智慧(AI)攜手合作,來處理這些數據。 來自美國能源部斯坦福直線加速器中心(SLAC)和費米國家加速器實驗室的科學家,在8月2日發表於《自然》雜誌的一篇文章中,總結了機器學習在粒子物理學領域的當前應用和未來前景。
  • 如果每個人都是一個粒子會怎樣?從物理學中尋找社會規律
    不少科學家嘗試從物理的角度解釋人類社會,他們將人比作粒子,每個個體之間的行為、選擇都會互相影響。就像物理粒子會受到不同類型的力的控制,每個人也受到「社會力」的影響,我們彼此造就了經濟的飛騰和衰敗,交通的擁擠和順暢,觀點的誕生和消失……把人比作在不可見力的作用下無序運動的粒子,這似乎不太可行。如果我們用錯誤的物理思維來描述人類社會,會產生許多問題。
  • 馮端:漫談物理學的過去、現在與未來
    在馮端先生看來,由於物理世界的層次化諸層次之間既可能存在耦合,又可能出現脫耦,因而大量粒子所構成的複雜體系中所湧現的各種層展性質就不能簡單地還原成個別粒子所服從的規律。因此他從物理學歷史發展的角度,窺測未來的前景,並表示了物理學有光明的未來。如今,20年過去了,正如馮端先生的預想,物理學正在急速地發展中,而且有更多的未知問題在等著我們。
  • 基本粒子和相互作用的標準模型|眾妙之門
    自然科學的首要目的就是要探究自然萬物運行的規律,構建一個符合邏輯的模型,由此來理解自然,並指導人類的生產和生活。而其中組成物質的基本單元以及它們之間的基本相互作用是物理學研究的重要內容。而其中組成物質的基本單元,以及它們之間的基本相互作用是物理學研究的重要內容。狹義上講,此類研究通常被稱為粒子物理或高能物理。這實際上是一門最能體現物理學還原論思想的學科。相對於在實際生活中廣泛應用的其他物理學科,如光學、凝聚態物理等等,粒子物理更多屬於理論研究的範疇。因此,公眾以及很多物理學教師對粒子物理的研究內容、理論基礎以及前沿現狀了解較少。
  • 為什麼光既有波動性,又有粒子性?
    在物理學中最神奇的一個事實是,宇宙中的任何事物,從光到電子再到原子,都同時表現得既像粒子,又像波,你可能聽說過這些關於物理學的怪事,薛定謂的貓,擲骨子的上帝,超距作用,所有這些事情都遵從一個事實,任何事物都同時具有粒子性和波動性,這聽起來可能很瘋狂,看看你的四周,你可以看見水中的水波和石頭當中的顆粒
  • 諾特定理——20世紀、21世紀物理學的指路明燈
    我的回答是:艾米·諾特的工作徹底改變了我們理解宇宙的方式,當你看到宇宙暴脹理論、超對稱粒子、廣義相對論、量子理論、弦理論以及未來的萬有理論等等這些科學理論時,都不應該忘記艾米·諾特,因為正是她創造了著名的諾特定理,而諾特定理是所有這些現代理論的核心概念,是現代物理學的基礎。
  • 高能粒子對撞機有望統一量子力學和相對論,楊振寧忍痛放棄
    一、為什麼說高能粒子對撞機是進入更高科學殿堂的「鑰匙」人類開始掌握科學技能之後,用肉眼看到或者是用簡單的儀器就能夠探測研究的經典物理學在三四百年前就已經探索的差不多了,並藉此掀起了改變文明的進程的工業革命,極大地改善了人類的生存質量。
  • 《自然》:核物理重大突破——高精度測量粒子間強相互作用
    強相互作用是物理學中的四個基本力之一,它主要負責由幾個質子和中子組成的原子核的存在。質子和中子由較小的粒子組成,即所謂的夸克。而且它們之間也通過強大的交互作用保持在一起。這一質子碰撞探索了粒子物理學標準模型的最終前沿。作用於短壽命亞原子粒子上的核力很難研究。現在,通過將高能質子粉碎在一起並測量所產生的不穩定顆粒的動量來解決該問題。
  • 上帝粒子的瞬間與永恆
    粒子物理學的術語艱深難懂,但art & science的結合浪漫至極。有人說科學本身即是意義,理性不需要人類額外賦予情感。
  • 【量子物理】量子物理學實驗驚人證明 !
    所謂時間、空間,其實大多是人的一種錯覺,愛因斯坦如是說過。 這也是當初愛因斯坦與玻理斯·波多斯基、納森·羅森於1935年提出以其姓氏字首為名的愛波羅悖論(EPR paradox)來質疑量子力學完備性的原因。 量子糾纏證實了愛因斯坦不喜歡的「超距作用」(spooky action in a distance)是存在的。
  • 尋找宇宙間的最小粒子
    我們的「心」依其不同能量頻率決定了我們生活在不同層次的時空,「心」有了「我執」就絕生三界,輕微的 「我執」生無色界,稍重的「我執」、認為自己還有個色身的生色界,嚴重的「我執」就是「自私心」,當然生欲界。震動頻率向下越來越低,頻率最低的是在「地獄」。
  • 我們離世界上功能最強大的粒子加速器又近了一大步
    科學家展示了使下一代高能粒子加速器成為可能的關鍵技術。圖片:倫敦帝國理工學院粒子加速器用於大型強子對撞機等對撞機中的探測物質的組成,並用於測量藥物的化學結構、治療癌症和製造矽晶片。到目前為止,加速的粒子是集中的質子、電子和離子。
  • 訪問日本「大物理學」實驗之一:超級神岡
    50多年來,日本一直處於大物理學的前沿,如此宏偉的實驗和目標,若非親眼所見簡直難以置信。我叫Davide Castelvecchi,是《自然》的一名物理學記者。在本系列中,我將探訪日本的三項旗艦實驗,深入了解日本的大物理學。 這裡是神岡,位於日本岐阜縣池野山腳下的一個小村莊。
  • 物理學中的波概念
    水是生命發生的前提,自然也是物理學發生的前提。水給物理學打上了深深的特徵烙印,波(wave)、漲落(fluctuation)、鏡像(mirror image)、渦旋(vortex)等關鍵物理學概念都來自於水。水表面處的分子密度大於體內,其表面張力在20 ℃時~72.75 mN/m,可以說水有一張彈性適中的皮,極易表現出水面的波動(圖1)。
  • AE超強粒子插件Particular常用參數簡析「物理場篇」一
    Particular中的物理場是非常實用的,很多炫酷的效果都需要物理場的配合來實現,他主要包括兩種物理學模式:「空氣模式」和碰撞模式。空氣模式是通過空氣中的各種力場來作用粒子,對粒子產生影響。而碰撞物理學模式,它則是通過設置一個地面和牆面來對粒子生成一個阻礙來影響粒子產生的碰撞模式。但是不管是空氣模式還是碰撞模式,他們共同都會受到重力和物理學時間係數的影響,本次我會通過 空氣模式 碰撞模式 和重力部分兩個參數來簡述下Particular粒子系統中的物理場,如果有什麼不對的地方或者不同的看法,歡迎各位老師 朋友 來批評與指正,謝謝。
  • 粒子的衰變與湮滅
    我們可以把原子核看做是一個緊繃的螺旋狀彈簧,它代表強烈的斥力,被一個非常大的繩索固定在一個適當的地方,即使在彈簧中有很多儲存起來的能量,它也不能釋放出來,因為繩子實在太堅固了。如果他能發生,他就會發生亞原子粒子的行為不像日常生活中的物體。我們不能非常精確的說粒子一定會做什麼,而只能說粒子可能會做什麼。
  • 粒子到底是什麼?文小剛點評|眾妙之門
    02 粒子是「場的量子激發」「在物理學家眼中,粒子是什麼?它是場的量子激發。我們用量子場論這一數學語言來書寫粒子物理學。這裡有很多不同的場;每一種場都有不同的性質和激發狀態,這些場根據性質的不同而不同,我們可以認為場的激發是粒子。」
  • 「時間」在現代物理學中怎麼將連續性都丟失了?
    一直盯著鐘錶上的秒針,我們會產生一個疑問:時間是否真像秒針一樣,一格一格跳躍著流逝?這涉及到時間是否連續的問題,即在量子世界,粒子狀態的演化是否連續的問題。它在現代物理學中是有答案的。時間與空間的性質自相對論以來開始具有了相對性。
  • 直接改變我們對溫度和熱的理解
    直接改變我們對溫度和熱的理解什麼叫做溫度?大家一看這個問題,都會覺得很簡單,因為在我們的日常生活當中,用來衡量冷和熱說法,便叫作溫度,這樣的說法沒有任何的問題,但是這僅僅是從一個微觀且籠統的角度在回答這個問題。