高能物理粒子對撞機是個啥

2020-09-05 科學建模

最近 又火了。一部數萬字的網文,充滿了學術名詞,跨越了近兩百年的物理、高能物理發展進程,可以說是一篇經典的、深入淺出的入門級的高能物理教科書了,毫無疑問是位專業人士和團隊的嘔心瀝血之作。

那麼到底文中所爭論的核心的粒子加速器到底是個啥呢,高能物理到底研究什麼呢。這個的確很高深莫測。

簡單的說,我們想知道物質是由什麼組成的?比如,分子是有什麼組成的,原子內部是什麼?這樣的基本問題一直是物理研究的核心問題。如何研究呢?



一種簡單辦法就是把原子撞碎,看看碎片是什麼,撞出來什麼東西。比如,你那一個雞蛋扔到石頭上,看了雞蛋殼碎片,蛋黃和蛋白,哦,你知道了,原來雞蛋裡是液體的,有蛋黃蛋白。大概就是這個意思了。



但原子的問題就是太小,太小了,而且太結實了。想像一下你拿兩個鐵球撞,能撞碎鐵球嗎?對了,就得使勁撞,大力出奇蹟,用大能量撞,才有可能撞碎他們倆。

高能物理就是這個意思啦,把一個原子加速到光速的30%,撞到另一原子上,看看都撞出來什麼。比如盧瑟福撞出了質子,後面撞出了中子,撞出了各種粒子,加速越快,撞出的東西越多,大家就越好奇,越想撞出更多的東西。


但是,光這麼撞,有點撞大運的意思。於是,有了理論物理學家,告訴了我們能撞出什麼來。或者說,粒子應該由這些東西組成。你們去撞吧。這個就更厲害了,這個叫標準模型的東西,告訴我們粒子都是怎麼組成的,我們就不看了,太嚇人了。各位看一下這個就是傳說中的最美公式:標準模型拉格朗日量。

但上世紀60年代呢,就是這個標準模型呢就預測了,說要有一種粒子,叫希格斯玻色子,好吧不管了,總之呢,根據公式,說應該有這麼一個東西。於是大夥一起撞,美國撞完了,歐洲撞,終於在13年,歐洲核子中心撞出了一個希格斯玻色子,拿了諾貝爾物理學獎。神奇吧,目前還沒有標準模型失敗的案例,也就是說,我們撞出來的都是它預測到的。但問題就來了,都這樣了,我們還有必要再接著去撞嗎,是去繼續驗證標準模型嗎?還是說能撞出一個與標準模型不一樣的東西呢?



於是乎呢,楊老就說了,這個就不要再撞了,沒意思了,過時了。要麼你有本事就先提出來一個不同於標準模型的模型,再去撞,就是再研究一下數學之美。


順便說一下,有同學說,數學就是工具。楊老不同意這個觀點,楊老認為,數學就是世界的本質,就像標準模型一樣,就像量子場論一樣,不多說了,這是個哲學問題。


那麼這個對撞機到底要不要建呢?呵呵。這是個問題啊。


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