暗物質、超對稱粒子會不會重走以太的道路?

2020-12-05 刁博

以太這個概念在古希臘時期就有,近代時期以太這個概念主要和光速聯繫在了一起。用麥克斯韋給出的方程組可以計算出光速,不過在計算光速的表達式中卻看不到是相對於哪一個參考系的。光以一定的速度向前傳播,按照經典的物理學理論,說物體的速度是多少需要找一個參考系,以太就是假想出來的一種充滿宇宙空間的物質,當時認為光速是多少就是相對於以太而言的。

19世紀後期,邁克耳孫和莫雷設計了一系列實驗想檢驗地球在以太空間中的運行速度而做的一系列實驗,實驗本來是抱著以太存在的想法,結果在後人看來相當於宣判了以太的死刑。邁克耳孫-莫雷的實驗結果和以太說相矛盾,開爾文將其列為19世紀末天空中的「兩朵烏雲」中的一朵,之後這朵烏雲引發了相對論這場狂風驟雨。

現在物理學界有沒有一些概念的處境和100多年前的以太非常類似呢?說實話,還真的有,並且也是非常重要的概念,比如暗物質、超對稱粒子等。這些概念為一大批理論以及實驗物理學家提供了飯碗,理論物理學家說它們存在,並用它們勾勒出非常美好的畫面,可實驗物理學家用了各種手段也沒有直接探測到它們。

為了探測暗物質,太空中有各種探測儀,地底下也有實驗室,大型對撞機裡也希望能夠覓到暗物質的蹤跡。可是天羅地網布好了,暗物質依然沒有被逮住,也沒有確定它是存在的。如果暗物質不存在,物理學大廈就要進行重大的調整,這是科學家們不願意看到的。

超對稱粒子是從超弦理論上得到的,包括美國費米實驗室的對撞機以及歐洲核子研究中心的大型強子對撞機都試圖去發現超對稱粒子的存在跡象,結果甚是讓人失望,實驗非常接近百分之百的否定了超對稱粒子的存在。一些物理學家仍沒有放棄,仍要用更大的加速器去尋找超對稱粒子,也有一些物理學家認為是需要建立一座新的物理大廈了。

雖然大多數物理學家不希望暗物質、超對稱等概念成為以太那樣的泡影,但也在實驗數據面前無可奈何。暗物質、超對稱這些概念後面是不是有新的物理學大廈,現在還回答不了。

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  • 任重而道遠:尋找神秘暗物質的關鍵——超對稱粒子
    但是,物理學家們對這些丟失的暗物質有了更清晰的認識(如果暗物質存在的話)。ATLAS是日內瓦大型強子對撞機(LHC)的超大粒子探測器,因2012年發現希格斯玻色子而聞名於世,現在它已經開始尋找更奇特的粒子——包括理論上的「超對稱」粒子,或者說宇宙中所有已知粒子的伴侶粒子。如果超對稱粒子是真實存在的話,那麼其中的一些粒子可以解釋充斥著宇宙的那些看不見的暗物質。
  • 尋找超對稱粒子
    如果這些假設是正確的,我們可以描述這些超對稱粒子會以什麼順序產生,所以我們試圖尋找這些超對稱粒子留下的痕跡。LHC產生顆粒,研究人員將無法直接觀察它們,因為它們會過快衰減。科學家們只能通過研究當粒子分解時產生的規則粒子射流來識別超對稱粒子的特徵。如何通過不同的理論引導不同的模式來對粒子進行大規模排序,所以這意味著,如果可以看到這些模式,我們就可以推斷出理論。
  • 「暗物質」的候選粒子是什麼,網友:黑色的物質
    基於這種想法粒子物理學家利用計算機模型,模擬出宇宙大爆炸之初,如果當時只存在我們所知的普通物質,那麼普通物質是不可能聚合在一塊形成星雲並且誕生恆星的,也不會形成網狀的星雲格局。宇宙中網狀星雲我們可以大膽推想,宇宙大爆炸之初,暗物質是氫的幾百倍到幾千倍的塊狀物,在其引力作用下星雲才能聚合到一塊,有了這個想法便提出了新理論,超對稱理論。
  • 科學家曾預言超對稱粒子是存在的
    以電子為例,它就有一個尚未被發現的玻色子夥伴,我們稱為超電子。類似的,光子也存在一個費米子的對稱粒子,稱為光微子。在超對稱的所有新粒子裡,有一種粒子有可能穩定存在並具有暗物質粒子所應具有的特質,這就是這類粒子裡最輕的一種:超中性子。
  • 以太漂不漂移?暗物質,暗能量?
    在亞里斯多德看來,物質元素除了水、火、氣、土之外,還有一種居於天空上層的以太。在科學史上,它起初帶有一種神秘色彩。後來人們逐漸增加其內涵,使它成為某些歷史時期物理學家賴以思考的假想物質。以太說的否定主要有3點:1:以太存在難以想像。根據當時的以太學說:以太是一種剛性的粒子,十分地堅硬,比最硬的物質金剛石還要硬上不知多少倍。
  • 物理學最前沿,對超對稱粒子的探索
    芝加哥大學的一組研究人員最近開始了對生命的研究——或者更確切地說,是對超對稱長壽粒子壽命的研究。超對稱理論是粒子物理學標準模型的擴展理論。與元素周期表類似,標準模型是我們對自然界亞原子粒子和作用於它們的力的最好描述。
  • 為什麼超對稱可能是粒子物理學史上最失敗的預言預言?
    高能粒子會與其他粒子碰撞,產生大量新的粒子,可以用探測器看到。、通過重構每個能量、動量和其他屬性,我們可以確定最初發生碰撞的事件以及在此事件中產生的結果。自Wess和Zumino首次提出超對稱性以來的近50年中,從未見過任何超對稱粒子。
  • 宇宙的「超對稱粒子」在哪裡?
    但它確實有一些明顯的缺點:它沒有納入引力力;它無法解釋各種粒子的質量,其中一些粒子施加了力;它無法解釋中微子的某些行為,它沒有暗物質存在的答案。所以我們得想個辦法,需要超越標準模型來更好地理解我們的宇宙。博科園-科學科普:不幸的是,許多解釋這一偉大超對稱理論的主要競爭者,近年來要麼被排除在外,要麼受到嚴格限制。
  • 超對稱理論的崛起與衰落
    這些問題包括:為什麼物質要比反物質多?它們之間的不對稱性是從何而來的?暗能量的本質是什麼?是什麼場或性質造成了宇宙的膨脹?暗物質的本質是什麼?它是由一種粒子還是多種不同的粒子構成的?我們知道在非常高的能量狀態下,電磁力和弱核力可以統一成電弱力,在低能時,我們說電弱力對稱破缺。那麼其它的力,比如強核力或甚至是引力,能否在更高的能量下統一?
  • 大型強子對撞機實驗未找到超對稱粒子(圖)
    研究人員在試驗中未能找到所謂的「超對稱」粒子。日本粒子物理學家宮沢弘成最早於1966年首次提出超對稱理論,當時是為了補充標準模型中的一些漏洞。它描述了費米子和玻色子之間的對稱性,認為每種費米子都應有一種玻色子與之配對,反之亦然。一旦被證實,它將有助於統一自然界的基本作用力,並幫助解釋宇宙中存在的暗物質問題。
  • 一種狂野的六夸克粒子,是暗物質嗎?還是粒子物理學家的新玩具
    宇宙中大部分物質,我們除了能感知它們所施加的引力,幾乎無法探測。這就是我們對暗物質最基本的認知。有人認為這些神秘的暗物質必定由未知的粒子組成,而另一些人則認為熟悉的粒子可能才是關鍵。雖然,目前探尋暗物質的主流工作還聚焦於發現宇宙深藏的未知物,但一些科學家越來越懷疑暗物質是否可以用現有的物理定律來解釋。
  • 超對稱粒子賭局:諾獎得主輸給「民科之王」—新聞—科學網
    「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。」
  • LIGO之後:暗物質,相對論,超對稱,中微子,黑洞誰贏誰輸?
    圖片版權:Miguel Zumalacarregui and Uros Seljak (2017), via 失敗者3: 原始黑洞是暗物質一個邊緣的想法一直是,也許暗物質不是基於粒子的,而是由大爆炸後不久形成的黑洞構成的。
  • 超對稱性理論實驗測試中失敗,粒子物理學的未來在哪?
    作為1982年在莫斯科的一位年輕理論家,米哈伊爾希夫曼被一種稱為超對稱的優雅新理論所吸引,該理論試圖將已知的基本粒子納入更完整的宇宙清單。「我那時的論文確實散發出熱情,」現年63歲的明尼蘇達大學教授希夫曼說。幾十年來,他和其他數千名物理學家發展了超對稱假說,相信實驗會證實這一點。
  • 「創作開運禮」什麼是暗物質?為什麼還沒有人發現它?
    這些理論化的鏡像世界粒子,被稱為「超對稱伴隨子」,比標準集更大。幾十年來,物理學家一直對這種「超對稱性」感到好奇,它可能會潛在地回答關於標準模型的一些最重要的懸而未決的問題,比如為什麼引力與其他力相比是如此的弱,特別是控制亞原子粒子之間某些行為的「弱核力」。儘管暗物質和超對稱性有著各自的起源,但在20世紀90年代還是一致。
  • 能解釋宇宙的「超對稱粒子」在哪裡?
    但它確實有一些明顯的缺點:它沒有納入引力力;它無法解釋各種粒子的質量,其中一些粒子施加了力;它無法解釋中微子的某些行為,它沒有暗物質存在的答案。所以我們得想個辦法,需要超越標準模型來更好地理解我們的宇宙。博科園-科學科普:不幸的是,許多解釋這一偉大超對稱理論的主要競爭者,近年來要麼被排除在外,要麼受到嚴格限制。
  • 物理學家探測到罕見粒子衰變 或顛覆超對稱理論-科教臺-中國網絡...
    克裡斯·帕克斯(Chris Parkes)教授是英國參與大型強子對撞機項目部分的發言人,他告訴BBC新聞稱:「超對稱理論或許還不至於立即死掉,然而近期的這項觀測結果確實足以讓它進醫院了。」  超對稱理論預言現在已經被探測到的這些粒子都還存在著質量更大的版本。如果這些粒子能夠被找到,那麼它將可以幫助解釋諸如暗物質等一些現象。
  • 宇宙早期的奇異事件,導致正反物質對稱性被打破,於是暗物質出現
    暗物質一直是個謎團    我們不知道暗物質是什麼,但它應該存在。它構成了宇宙中80%的物質,遠遠超過了我們所能看到的恆星、星系、塵埃和氣體。雖然暗物質在我們的宇宙中佔據如此之多,但奇怪的是,它並不是一個主導因素,除非有其他物理因素起作用,否則兩種相互作用的力很少會達到平衡。
  • 超對稱性理論——將有助於回答宇宙中最本質的問題
    超對稱(SUSY)最早出現在弦理論中,是一個數學概念。它之所以吸引我們,不僅因為它可以解決關於宇宙本質的許多問題,而且因為它是平衡和優雅的。它給我們的科學模型帶來對稱性,比如反物質的發現。超對稱可能開始解開引力、粒子、暗物質之謎,甚至成為大統一理論的墊腳石。
  • 暗物質與暗能量
    這在人類探索宇宙奧秘和物質基本結構的道路上無疑是一個光輝的成就。WMAP的結果告訴我們,宇宙中普通物質只佔4%,23%的物質為暗物質,73%是暗能量, SDSS 也給出類似的結果。從物質基本結構的觀點出發,普通的物質,如樹木、桌子以及我們人類本身,是由分子、原子構成。然而分子、原子不是最基本的,目前已知的最基本的粒子是由粒子物理標準模型所描述的夸克和輕子以及傳遞相互作用的粒子(如光子,膠子等)。