[圖文]霍金100美元下賭對撞機找不到「上帝粒子」
耗資百億美元世界最大機器昨日啟動,卻遭著名物理學家「潑冷水」,霍金100美元賭找不到「上帝粒子」。
被稱為世界規模最龐大的科學工程的歐洲大型強子對撞機(簡稱LHC)於當地時間9月10日上午9時36分左右 (北京時間10日15時36分左右)正式啟動,第一束質子束被注入對撞機,並順利運行一周,完成高速粒子對撞系列實驗首次測試。
大型強子對撞機部件
如果成功,這一系列實驗將模擬宇宙大爆炸發生時的狀態,有助人類進一步探索宇宙起源之謎。
儘管全球物理學家對這個項目都寄予厚望,但「微型黑洞」產生的可能性也令「末日論」流言四起。歐洲核子研究中心(CERN)的發言人吉利斯稱,相關言論是「胡說」。
頭髮粗細質子束順利完成「首航」
隨著一束質子束流注入對撞機,實驗正式啟動。負責實驗的歐洲核子研究中心發言人葆拉·凱特帕諾說:「質子束流粗細如同一根頭髮。」
這台對撞機建於瑞士和法國邊境地區地下100米深處的環形隧道中。5秒鐘後,實驗項目位於日內瓦的控制室內電腦收到信號,顯示實驗進展順利。
開足馬力的對撞機能夠確保數萬億粒子以高速流過將近27公里長的地下隧道,最高速度將近每秒鐘30萬公里,相當於光速的99.99%。以如此高速,質子束流每秒可在隧道內狂飆11245圈,單束能量達到7萬億電子伏特。
不過,10日實驗注入對撞機的質子流運動速度相對較慢,每隔幾公里為一段,在隧道中移動。這是為了檢測所有設備是否運行正常,包括安裝在隧道壁上為數不少的粒子探測器。
實驗啟動近一個小時後,兩個白點在控制室的電腦螢幕上閃爍,顯示質子束流已經沿隧道環繞一周。在場科學家歡呼鼓掌,慶祝第一束質子束流成功完成順時針方向「首航」。
最早於下個月進行首次對撞實驗
第一束質子束流沿順時針方向注入大型強子對撞機並實現貫穿後,第二束質子束流沿逆時針方向於當地時間14時左右注入大型強子對撞機。
據專家介紹,兩束質子束流貫穿大型強子對撞機並反向平行運行後,極其複雜精密的調試階段隨後開始,只有在達到兩束質子束流對撞所需的速度和穩定狀態時才能進行對撞。
如果接下來幾周對設備及系統運行狀況的測試和評估一切正常,那麼在10月中下旬,順時針和逆時針運行的兩個粒子束將進行首次對撞實驗。
歐洲核子研究中心首席發言人詹姆斯·吉利斯說,實驗初始階段將以較低速度、較小規模進行粒子對撞。「我們在能量較低時積累經驗,熟悉機器性能後再進行對撞。」
LHC是迄今世界上最大、能量最高的粒子加速器和對撞機。在環形的LHC內部,兩個被稱之為「強子」(質子或者鉛離子)的亞原子粒子束朝著相反的方向前進,這些粒子每運行一圈,就會獲得更多的能量。
這台吸引了全世界物理學家目光的「巨無霸」原計畫於8月份開動,但由於北京奧運會的熱度,所有的電視訊道都被佔用,而LHC的科學家希望能夠向全世界進行現場直播啟動儀式,以展現現代物理學對當代社會的重要作用,因此推遲到了今天。
「找不到『上帝粒子』也是好事」
在此過程中,LHC的首要任務是找尋被喻為「上帝粒子」的「希格斯玻色子」。希格斯玻色子是44年前由英國物理學家彼得·希格斯所提出的一種理論存在的粒子。它被視為物質的質量之源以及電子和夸克等形成質量的基礎。然而,在粒子物理學「標準模型」所預言的62種基本粒子中,只有希格斯玻色子至今未「顯形」。它的存在與否關係著現有的宇宙理論是否能夠站住腳。
英國著名天體物理學家斯蒂芬·霍金
不過,英國著名天體物理學家斯蒂芬·霍金9月9日在接受英國廣播公司(BBC)電台採訪時卻認為,LHC不會證實希格斯玻色子的存在,而找到「超對稱假說」中的「超伴子」的可能性更大。他表示:「如果我們沒有在實驗中發現希格斯玻色子的存在,那麼這將是一件更令人激動的事情。因為這表明我們在某方面做錯了,我們需要重新來考慮這件事情。我已經打賭100美元,他們是不會找到希格斯玻色子的。」
霍金認為,無論LHC能發現什麼,都將會告訴人類許多關於宇宙形成的信息。
另一位權威賭一年薪水挑戰霍金
而另一位物理學權威、美國普林斯頓高級研究院的尼瑪·阿卡尼·哈米德的預測則充滿樂觀。他說:「我用一年的薪水作賭注,我賭他們能找到希格斯粒子。」參與該項目的科學家則承認,即便理論假設中的「上帝粒子」確實存在,它將在碰撞後10億分之1秒的時間內衰變,因此要想捕捉到它極不容易。實驗要想獲得任何有意義的結果,也還需要多年時間。
大型強子對撞機在今後10到15年內將持續進行實驗,由此產生的大量粒子數據將交由全球各大學和研究機構的實驗室分析。
這一項目的法國方面負責人羅伯特·艾馬說:「無論實驗帶來什麼發現,都將極大豐富人類對世界起源的認識。」
參與實驗的物理學家丹內格瑞認為,實驗的意義在於:「這關乎探尋人類的知識,關乎基本物質的運作方式。」
[技術前景]
對於生活三大領域有實際好處
即使能發現「希格斯玻色子」,這項實驗對我們的生活又有什麼實際的好處呢?能讓我們更便捷上網嗎?收看到更多電視訊道嗎?紐約市立大學理論物理學教授加來道雄表示,物理學實驗的潛在回報體現在多個方面:
其一,電信。先前的物理學實驗帶來了數據處理方面的挑戰,這令CERN於1990年創造出了萬維網。同樣,LHC也將引領我們進入一個全球分佈式計算和大量數據更有效貯存的時代。更好地瞭解亞原子世界將導致量子計算和超安全通信方面取得突破。事實上,LHC進行的每一個大型實驗一年所獲得的數據,可以刻滿十萬張雙面DVD。為了對這些數據進行分析,世界各地成千上萬名科學家都要參與進來,他們所使用的數萬台甚至數十萬台計算機借助分佈式計算網絡(網格計算)聯合在一起,構成了全球最強大的超級計算機系統。
其二,醫療。粒子加速器目前在癌症治療和醫學成像方面的作用越來越顯著。許多醫院利用質子、碳離子甚至是反物質等帶電粒子來治療癌症。用於開發LHC的新技術將來會在醫院找到廣闊的用武之地。為實驗建造的超靈敏光子探測器就是一個重要的例證。
此項目發言人羅傑·弗迪說:「我覺得它們在醫療領域的應用就像異花授粉。」
其三,能源。加來道雄表示,通過LHC獲得的認識可能在未來數十年內用於開發新能源,比如可控的核聚變電站。微型黑洞的產生甚至可能在能源需求中扮演一個長遠性的角色。他說:「一些人認為外太空的黑洞可能是未來人類的能源。」
加來道雄認為,如果更長遠地來看,對宇宙的深入探索總是會帶來技術突破。利用機械力導致19世紀的蒸汽機的出現,人類進入了工業時代,電力與磁力的統一導致計算機、激光和20世紀的其它發明的誕生。原子的奧秘的解開帶來了核時代的勝利和恐慌。
他說:「人類歷史被不斷破解的重力、電力和磁力以及核力所塑造。如今我們處於所有這些力統一始祖的邊緣,所有這些力將統一成一種超級力。我們認為超級力就是超弦理論,是超級力引發宇宙大爆炸的,創造了宇宙萬物。」
來自LHC的最大發現會是什麼?加來道雄認為會是太多的巨大突破。他說:「LHC將不會打開另一宇宙的大門,它也不會在太空中開個洞。但它將會盡力建立一個等式,從而讓高級文明社會能精確操縱時空。」
[合作背景]
中國投資數千萬元並參與研究
大型強子對撞機(LHC)的構想從1980年首度出現,1994年開始設計建造。它由歐洲20個國家聯手發起,來自80多個國家和地區的約7000名科學家和工程師參與了建設,總投資達60億至100億美元,所涉及的人力、物力、財力和規模堪稱人類歷史上最大規模物理實驗。
中國在相關實驗中投資數千萬元人民幣並將參與物理分析。中國多個科研機構和多所大學的研究人員參加了部分實驗。
儘管全球物理學家對這個項目都寄予厚望,但「微型黑洞」產生的可能性也令「末日論」流言四起,一些人認為,「複製」137億年前大爆炸發生後的宇宙初始形態,將導致一場災難。
不久前,一批持反對態度的歐洲科學家向歐洲人權法院提出告訴,申請對CERN啟動LHC發出緊急禁令。
他們認為,LHC實驗產生一個「迷你黑洞」的可能性雖然很小,但並非不存在。一旦產生黑洞,地球將面臨「由內而外」被吞噬的命運。
更有人認為,後果遠不止產生黑洞這麼簡單,對撞實驗可能對時空結構引發災難性的連鎖反應,進而將整個宇宙撕成碎片。
美國夏威夷的兩名環境學家今年3月也向美國聯邦地方法院提出了訴訟,要求美國政府干預LHC對撞計畫,推遲其啟動時間,直至其安全性得到充分證實。
CERN科學家在發佈的LHC計畫安全報告中指出,對撞機中產生微型黑洞的理論可能性微乎其微。比LHC高得多的能量碰撞在自然界頻繁發生,以接近光速而來的宇宙射線粒子轟擊地球和月亮已經近50億年,並沒有形成貪婪的黑洞把地球吞噬掉。
CERN的發言人吉利斯稱,相關言論是「胡說」。他說,實驗可能產生的最危險後果是質子束流在全速運轉情況下失控,但即便如此也只會對強子對撞機造成損壞,在隧道上撞出幾個坑。