微子基金,为什么说标准模型不是宇宙的全部

穿越火线 82
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微子基金,为什么说标准模型不是宇宙的全部?

标准模型是描述三大自然力和基本粒子的物理理论。

2013年3月14日,欧洲核子研究组织公开确认:新发现的126 GeV基本粒子就是长久以来我们寻找的希格斯玻色子,至此我们已经探测到了有史以来粒子物理理论所预测的每一个粒子。

换句话说,除非我们现在发现标准模型中的“粒子”根本不是基本粒子,或者更严重一点,有证据表明我们对质量的起源和物质本质的理解存在还不知道的错误!否则我们目前建立的标准模型就是正确的,我们可以继续沿着这条路往下走!

微子基金,为什么说标准模型不是宇宙的全部

但这绝不等同于说“标准模型就是一切”。恰恰相反,大量的观测结果清楚地表明,宇宙中存在比标准模型中的夸克、轻子和玻色子更多的粒子还没有被发现。我们的标准模型并不完善,下面让我们来看看超越标准模型的五大物理线索吧!这五个问题也是目前没有解决的物理学前沿问题。

暗物质问题

从结构形成到相互碰撞的星系团,从引力透镜到大爆炸核合成,从重子声波振荡到宇宙微波背景下的各向异性,很明显,正常物质(由标准模型粒子构成的物质)只占宇宙总质量的15%左右。缺失的物质根本就没有那些强或电磁相互作用,而且发现的中微子,它的质量还不足以解释大约1%的缺失物质。

然而,当我们观测引力对宇宙的影响时,这些暗物质不像标准模型中所有带电和中性粒子那样会与光子发生相互作用。

暗物质聚集的方式强烈地表明了它是一种超出标准模型的有质量粒子。它的性质究竟是什么,目前在物理学中是一个悬而未决的问题,虽然现在是出现了很多候选者,但是没有一种粒子能凭借一己之力承担暗物质这个重任。

至少有一点我们相当确定,那就是在标准模型中所有的粒子都不是暗物质粒子!

巨大的中微子(跷跷板粒子)

根据标准模型,粒子既可以是无质量,比如光子和胶子;也可以与希格斯场发生耦合来获得质量。耦合是有一定范围,所以我们得到了像电子一样轻的粒子,只有1GeV/c ²的0.05%(其中质子的质量是0.938GeV/c ²)和顶夸克一样重,然后是中微子。

在过去的十年中,人们发现中微子的质量受到了限制(通过中微子振荡),中微子的质量非常低,但肯定不是零,这是为什么呢?目前一般的解释方法为“翘翘板机制”,这个机制通过引入额外的,非常重的粒子:惰性中微子(可能是标准模型粒子质量的十亿或一万亿倍),惰性中微子是标准模型的延伸;如果没有惰性中微子,中微子的微小质量(只有电子质量的十亿分之一)是完全无法解释的。无论跷跷板型粒子是否存在,或者是否有其他的解释,这种引入的巨大中微子在某种程度上是超越标准模型的新物理学的象征。

缺乏强CP对称破缺的问题C-对称破缺、P对称破缺和CP-对称破缺,C代表电荷共轭(意思是用反粒子替换所有的粒子,所有的反粒子用粒子替换),P代表奇偶性( 意思是取镜像,也就是左右彼此互换)。从理论上讲,如果对粒子施加对称和物理定律,并且所有物理现象保持不变,那么C和P是守恒的,或对称。如果你同时施加两种对称,并且所有物理现象还是保持不变,那么CP是守恒的,或对称。

在自然界中,有这样一个对称性破缺的例子,在弱相互作用(由w和z玻色子介导的相互作用)中,存在违反CP对称的问题。

事实上,违反CP对称确实发生在弱相互作用中(并且已经在多个实验中得到了测量),同样地,标准模型中也没有禁止在强相互作用中发生违反CP对称现象。但是这个现象在强相互作用中观测到的和预期值相差甚远。

那么为什么宇宙早期的正物质会多于反物质呢?这个问题为什么现在还解决不了?原因就在于标准模型中缺乏违反强CP对称的粒子!现有的违反对称的粒子不足以解释正反物质的比例。

这说明标准模型中还缺乏像这样的粒子,这个粒子也有可能解决暗物质的问题!无论如何分析,标准模型都不能解释所观察到的强CP违反的缺乏,我们需要新的粒子,或者需要新的物理理论来解释它。

标准模型没有容纳广义相对论(引力没有被量化)

标准模型没有将引力相互作用纳入其中。我们目前最好的引力理论——广义相对论,在极大的引力场或极小的距离下表现的毫无意义;广义相对论创造的奇点表明物理学在那里将会崩溃。为了解释奇点里面发生了什么,我们就需要一个更完整的引力理论,或者说是量子引力理论。

目前,我们还不知道如何建立量子引力的理论。弦理论是所有理论中最有可能的(也是目前唯一可行的对策),但所有的可能性的理论都有一个共同点,那就是我们必须找到一种新粒子:一种无质量、自旋为2的引力子。

这可能是标准模型之外最难以捉摸的粒子,但有如果想量化引力,这种粒子一天不找到都不可能。

正反物质不对称

在宇宙中,为什么物质比反物质多,这可能也涉及到标准模型之外的新粒子,就像上文说的,缺乏违反强CP对称的粒子,或者存在破坏重子数守恒的相互作用。

总结

现在,以上的问题很有可能是相互关联的,甚至可能只需要一两个新粒子或一些新的物理知识就可以解决所有的问题。但是这些新粒子和新物理知识将产生更多的理论来超越标准模型。

标准模型之外可能存在一个(或多个)与暗能量有关的粒子,可能存在磁单极子、前子(组成夸克和轻子的较小粒子)。这一切的一切说明标准模型并不是宇宙的全部。

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一些人认为诺贝尔奖是西方奖项?

莫言茯诺贝尔文学奖不到一个月,人民日报便发表了评论文章:莫言获诺奖使中国当代文学走入世界

"莫言茯诺奖具有多重意义。一方面,拉近了中国文学和世界各国的距离,中国有一批优秀作家和优秀的作品,因为语言障碍,阶值观差异,中国文学在国际上传播不夠广泛,一些外国读者对中国文学知之甚少,诺本尔文学奖颁发给中国作家莫言,使外国读者更加关注中国文学和中国作家,激起他们对中国文学的兴趣又会激发国外汉学家下功夫把更多的中国文学作品翻译介绍到世界上去″

上面讲的是人民日报,对大众有争议的诺贝尔文学奖的评价观点。

至于诺贝尔奖的其它奖项,比如屠呦呦获得科技奖,就不必再赘述了吧。[玫瑰][玫瑰][赞][赞]

如何看待杨振宁竭力阻止中国建设大型高能对撞机?

实际上,杨振宁一直都反对中国建设大型粒子对撞机,这从他1971年回国开始就是如此。当然,他仅仅是反对建造,而不是竭力阻止。这是因为,建造大型粒子对撞机是国家行为,是由国家根据实际情况来做决定,而不是杨振宁能够拍板或者决定的。那杨振宁为什么要反对呢?今天,我们就来聊一聊这个话题。

大型粒子加速器

要搞清楚这个事情,我们首先要搞清楚什么是大型粒子对撞机?

我们初高中都学过牛顿力学,但是牛顿力学实际上适用于的是宏观低速的世界。而到了微观世界,牛顿力学就会出现很大的误差。科学家为了探究微观世界的物理学现象,就想了很多办法。首先是卢瑟福,利用α粒子轰击金箔。

后来,科学家发现,利用对撞的方法更容易打开微观世界的大门。于是,他们想了各种办法让粒子撞到一起。他们发现,把粒子加速到接近光速,再让它们对撞,可以获取到大量微观粒子的物理学现象。因此,世界各国开始纷纷加入到建造大型粒子加速器的队伍当中来。

利用这样的办法,物理学家们找到了上百种粒子,以及各种微观世界的物理学现象。以此,他们构造出了一套粒子物理学标准模型。杨振宁在这当中就扮演了极其重要的角色,他基于当时的方向以及理论,提出了杨米尔斯理论,是粒子物理标准模型的基石理论,除了杨米尔斯理论之外,他在这领域还有许多建设,是这个领域中的顶尖理论物理学家。

杨振宁为什么发对建造大型强子对撞机?

其实杨振宁的反对由来已久,主要的原因是这样的,他认为大型强子对撞机的建设就像是军备竞赛一样,随着许多大国的加入,设备一步步升级,这也导致要建造更先进的设备需要更多的资金,而且维护设备也需要巨额的费用。

1972年,当时国内的科学家就组织会议,号召要建设加速器,杨振宁也被邀请参加这次的会议,他就提出了自己的看法。他认为,中国当时 更需要大量的计算机,生物学,工程领域的人才,建造加速器需要上千万美元,建造出来还是别人10年前淘汰下来的水平,很难会有什么大的发现,而且即使有了发现,也没有办法直接给中国带来好处。而如果培养大量的计算机,生物学,工程学的人才,可以直接参加到建设中国的队伍中来,有利于中国的崛起。后来,这项议案也一直被搁置到了1984年才开始建造,也就是北京正负电子对撞机。

当然,杨振宁真的不是随便说说的,他80年代开始在中国旅居,就一直致力于培养中国计算机人才。后来各种天才少年班的发起人中都能看到杨振宁的身影。著名的图灵奖获得者姚期智也在杨振宁的号召下回国,在清华建立了清华姚班,是培养中国顶级计算机人才的摇篮。

如今杨振宁还发对建造加速器的原因,其实和当初是比较类似的,虽然中国已经跻身世界强国了。但是科研经费毕竟有限,他认为钱应该花在刀刃上,连美国这样的国家都因为大型强子对撞机消耗过大,而最终放弃。而且粒子物理标准模型的最后一块拼图“希格斯玻色子”已经被LHC找到,因此,接下来要有新发现,势必要更高精尖的设备,意味着更多的资金投入,这样去砸钱,又不能立马带来好的回报,他认为并不值得。

以上,就是杨振宁反对修建大型强子对撞机的一些观点,他主要从投入与产出的角度思考,并且结合了中国的国情。

如今主张建造的阵营里,王贻芳是主要代表。他认为中国作为世界大国,需要承担大国的责任,为人类基础科学的发展做出贡献。其次,他通过调研、考察、设计了一套可行性的方案,可以削减大量的建造成本,因此,他认为应该建造大型粒子对撞机。其实这件事情并没有对错,仅仅是观点之争而已。

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