超對稱賭局:諾獎得主輸了!?

2020-11-23 人民網

原標題:超對稱賭局:諾獎得主輸了!?

  7月8日,諾貝爾物理學獎得主弗朗克·韋爾切克「輸掉」了一場長達6年的、關於超對稱粒子的賭局。這場賭局的贏家,是被稱為「民科之王」的安東尼·加瑞特·裡希。

  在一次物理學會議上,裡希和韋爾切克打了一個1000美元的賭:裡希認為超對稱粒子根本不存在,而韋爾切克則相信大型強子對撞機(LHC)將在6年內探測到超對稱粒子。這場賭局的仲裁人是那次物理學會議的主持人、麻省理工學院教授馬克斯·泰戈馬克。

  如今,6年已逝,LHC在經歷了兩年多的休整後終於在6月3日將能量成功提升到13萬億電子伏特,但仍未發現超對稱粒子的跡象。這場賭局裡,是韋爾切克真的輸了,還是LHC無法探測到超對稱粒子,抑或是超對稱模型根本就不成立?或許,只有時間才能給出答案。

  一約六年 物理賭局是常事

  故事要從6年前裡希的一次偶然旅行說起。裡希是個熱愛衝浪的物理學家,但不供職於任何一家科研機構。他關於大統一理論的研究讓全世界不少人認識了他,也正因如此,他被譽為「民科之王」。

  「我大部分時間待在毛伊島的和平科學研究所開心地做我的科研工作,不常與其他物理學家交流。」裡希在接受《中國科學報》記者採訪時說。2009年7月,一個偶然的機會讓裡希離開毛伊島,前往號稱「葡萄牙海外孤島」的亞速爾參加一個物理學會議。

  「在這次會議上,通過視頻,諾貝爾得主韋爾切克作了一個關於統一理論的精彩演講,表達了他對於超對稱理論的信心,並認為超對稱粒子將會在LHC上被發現。」裡希回憶。

  儘管很尊重韋爾切克,裡希還是在演講結束後舉起了手,公開「挑釁」韋爾切克,問他是否願意就超對稱粒子存在與否的問題跟自己打個賭。「不同於大多數理論家,我不認為自然具有超對稱性,不認為超對稱粒子會被LHC發現。」裡希告訴記者。

  「我知道,在那樣的場合裡把他拉進賭局,讓我看起來像個故意挑事的混蛋,但他對於打賭這件事還是很開明的。」6年前的一幕幕仍清晰地保存在裡希的腦海裡,當時,韋爾切克欣然接受了挑戰。

  裡希告訴記者,在物理學家的圈子裡,善意的賭局是有其歷史傳統的,這些賭局通常都是君子協定。不過,裡希表示,賭局勝負究竟如何判,韋爾切克會不會給他1000美元,要看仲裁人的意見。「作為我們的裁判,我想馬克斯應該正在權衡現在發生的情況。」

  而就在前兩天,韋爾切克在社交網站「推特」上表了態:「對這個賭局,我的記憶是朦朧的,幾乎沒有印象,但是我會很高興且及時地履行仲裁者的決定。」

  對撞「神器」 重出江湖未出手

  對韋爾切克來說,這不是他第一次下注。2005年,韋爾切克與麻省理工學院的科學家珍妮·康拉德打賭:他確信LHC將會探測到希格斯粒子,而後者則認為LHC發現不了。賭注是斯德哥爾摩諾貝爾獎頒獎典禮上供應的金幣巧克力。結果,韋爾切克贏得了賭局,並得到10枚金幣巧克力。

  這次,韋爾切克似乎沒那麼幸運,可是裡希並不認為這次「勝利」值得歡呼。「下賭時,我其實是認為6年時間對於LHC收集和分析高能對撞數據來說已經是足夠了的,但這6年裡LHC屢經波折。因此,儘管我看似技術性地贏得了賭局,但這個結果並不公平。」裡希說。

  今年4月5日,LHC在經過了幾個月的重啟準備後,終於發出了復甦後的第一縷粒子束流。6月3日,LHC開始以13萬億電子伏特的能級對撞粒子,並產生科學數據。

  不過,近兩年,LHC一直處在休整期。2008年9月,LHC誕生。對於大多數高能物理學界的研究人員來說,它幾乎是探測粒子物理的「神器」。2012年末,LHC的第一階段運行結束。

  這4年裡,LHC「打」出了一個輝煌戰績——2012年7月4日,CERN宣布LHC的緊湊渺子線圈(CMS)探測到新玻色子,此後,這個新發現被科學家證實為「上帝粒子」希格斯玻色子。

  「現在,CMS亮度還是很低,對超對稱的尋找還沒有真正開始。」參與LHC中CMS項目的中科院高能物理所研究員陳國明說,前些日子CMS超導系統的溫度一直沒有冷卻到位,超導磁場沒有打開,最近已經修復,上星期才開始正常取數。

  悲觀太早 基礎研究拼耐心

  對於這次賭局,歐洲核子研究中心(CERN)科技和加速器項目主任弗雷德裡克·博爾德裡在接受《中國科學報》採訪時說:「LHC升級後,我們期待發現標準模型以外的物理現象,不過,沒人能預測出什麼時候能發現。」

  儘管希格斯粒子被發現後,粒子物理標準模型更完美了,但這一模型仍無法解答暗物質、暗能量以及物質和反物質不平衡的問題。而超對稱理論既能統一強、弱和電磁的相互作用,又能解析暗物質、暗能量。但至今,超對稱理論預言的超對稱粒子還沒有被找到過。

  「基礎研究,需要的是耐心和運氣。」博爾德裡告訴記者,此前LHC的成果都是基於能量在8萬億電子伏特、亮度(粒子束強度)在30fb-1的基礎上的,現在LHC到達了13萬億電子伏特的新能級,在亮度方面,2025年計劃升至300fb-1,2035年將升級到3000fb-1。

  陳國明稱,一般來說對撞能量越高,亮度越高,找到超對稱粒子的機率也越高。LHC的對撞能量升級後,很多人相信能夠找到超對稱粒子。「當然,LHC運行結束時,不能找到超對稱粒子的機率仍然存在,但現在說『悲觀』還為時過早。」

  博爾德裡表示,現在LHC正在13萬億電子伏特的基礎上,邁向在2018年將亮度提升至120 fb-1的清晰目標。

  連結

  超對稱理論最早由日本粒子物理學家宮沢弘成於1966年提出,以補充粒子物理學標準模型中的一些漏洞。

  粒子物理學標準模型預言了很多粒子,大部分粒子陸續被發現,而最後的那個粒子,就是來無影去無蹤、一出現便會迅速衰變成其他粒子的希格斯粒子。2012年,LHC發現希格斯玻色子,這一進展成全了標準模型。

  然而,對於暗物質、暗能量等問題,標準模型卻無法解釋,「優美的」超對稱模型應運而生。不過,超對稱模型中預言的粒子,至今沒有一個超對稱粒子被找到,這引發了不少科學家對超對稱模型的懷疑。

  2008年9月,由來自34個國家、超過2000位物理學家所屬的大學與實驗室所共同出資合作興建的LHC初次啟動測試。這個坐落於瑞士日內瓦的歐洲核子研究中心(CERN)的高能物理設備,是目前世界上最大、能量最高的粒子加速器,有望揭開質量起源、暗物質暗能量、反物質、宇宙起源、額外維度5大謎團。

  如今,升級後的LHC能量達到13萬億電子伏特,亮度也將逐漸提升,在發現超對稱粒子、驗證超對稱模型方面被很多科學家寄予厚望。(倪思潔)

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