在接下来50年间 宇宙这些谜团尚未揭开?

科技动态 2019-12-05 10:30176未知admin

1900年,著名物理学家开尔文勋爵在英国科学促进会上宣称:物理学界已经不会再有什么新发现了。但这么说简直大错特错。在接下来的一个世纪里,物理学发生了颠覆性的变化。大量理论和实验发现彻底转变了我们对宇宙的理解、以及对地球在宇宙中所处地位的认知。

而21世纪可能也会如此。宇宙仍有许多谜团尚未揭开。而在接下来的50年里,新技术将帮助我们不断破解这些谜题。第一个谜题涉及到我们存在的基础。据物理学家估测,宇宙大爆炸在产生构成我们的这些物质的同时,也生成了相同数量的反物质。大多数物质粒子都有对应的反物质孪生兄弟,两者特性完全相同,唯有所带电荷相反。物质与反物质一旦相遇,就会在瞬间湮灭,双方的能量都会在这一过程中转化为光能。

但如今的宇宙几乎完全是由普通物质构成的。那些反物质究竟去哪儿了呢?

大型强子对撞机(LHC)已经为我们提供了一些思路。这台机器会让质子以无法想象的高速相撞,产生较重的物质与反物质粒子,而这些粒子随后又会衰变成更轻的粒子,其中有些便可能是我们从未发现过的新粒子。

这些实验显示,物质与反物质衰变的速度略有不同,这或许能在一定程度上解释我们在自然界中观察到的不对称性。问题在于,物理学家习惯与精确的数据打交道,但在大型强子对撞机中开展的实验却像用网球拍打乒乓球一样,很难精确控制实验走向。质子由各类较小粒子构成,当质子相互撞击时,内部粒子便会四处喷撒出去,大大增加在一大堆碎片中发现新粒子的难度。这样一来,科学家就很难精确测定这些粒子的特性、借此寻找揭开反物质失踪之谜的线索。

但在接下来几十年里,三台新的对撞机将帮助我们扭转局势。其中最重要的一台名叫未来环形对撞机(FCC)。该设备是一条位于日内瓦周边的环形隧道,长约100公里,而大型强子对撞机的27公里隧道将成为这台新对撞机的一条滑道。不过,在未来环形对撞机中相互碰撞的将不是质子,而是电子和它的反粒子正电子,并且碰撞速度远比大型强子对撞机快得多。

不同于质子,电子与正电子是不可分割的,因此我们很清楚究竟有哪些粒子参与了碰撞。我们还可以调整两者相撞的能量级,借此创造出特定的反物质粒子,并对它们的性质进行精确测定,特别是它们衰变的方式。

这些研究将揭开全新的物理学真相。也许反物质的失踪与暗物质有关(暗物质占到了全宇宙物质的85%,但科学家目前还从未探测到过这类粒子)。而无从寻觅的反物质与无处不在的暗物质也许又与宇宙发生大爆炸时的状态有关,因此这些实验将带我们溯源追根、深入探索我们的起源。

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