欧洲核子中心最新结果:关于反物质和量子力学的验证。

文章作者:lili | 2017-08-18
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欧洲这个实验室一直以来都倍受外星探索网的小编关注,那就是欧洲核子中心(CERN)。从去年起我们就多次对其进行报道,而它所进行的研究都是最基础的粒子科学,但这些研究都足以颠覆我们对时间的认识,比如第五种基础力(链接),反物质(链接),它的每一个实验结果,都关乎人类的未来。而小编一直认为,这些研究其实和外星探索密不可分,正如佛教有云——一沙一世界,一叶一菩提。本文则为大家报个欧洲核子中心(CERN)最新研究结果:关于反物质和量子力学的验证。这些结果证实了人类的一些推断,把我们引导到正确的理论研究上来。

欧洲核子研究中心进行这项研究,欧洲核子研究中心是世界上最大的粒子物理实验室。此前研究人员仅能捕捉到反物质特殊光谱线,这项最新研究开启了反物质研究的新篇章。  欧洲核子研究中心进行这项研究,欧洲核子研究中心是世界上最大的粒子物理实验室。此前研究人员仅能捕捉到反物质特殊光谱线,这项最新研究开启了反物质研究的新篇章。

研究人员使用微波辐射反氢原子,类似于那些用于卫星通信的原子。这将导反原子在非常特殊的光谱下喷射或者吸收能量,从而透露出它们的“身份”,这种模式、或者频率的光谱对应于“指纹”。  研究人员使用微波辐射反氢原子,类似于那些用于卫星通信的原子。这将导反原子在非常特殊的光谱下喷射或者吸收能量,从而透露出它们的“身份”,这种模式、或者频率的光谱对应于“指纹”。

之前科学家使用激光刺激反物质原子,并使其发光,这是揭晓宇宙重大谜团的关键一步,他们在欧洲核子研究中心(CERN)进行ALPHA实验(图中所示)。  之前科学家使用激光刺激反物质原子,并使其发光,这是揭晓宇宙重大谜团的关键一步,他们在欧洲核子研究中心(CERN)进行ALPHA实验(图中所示)。

图中是瑞士日内瓦市被夜晚灯光照亮的欧洲核子研究中心。图中是瑞士日内瓦市被夜晚灯光照亮的欧洲核子研究中心。

  科学家首次在反物质原子上观察到类似“指纹”的特殊光谱线。迄今为止,研究人员仅能观察到一些反物质光谱线,但是他们表示特殊光谱线的详细信息将揭开反物质研究的“新篇章”。

  来自全球17个研究机构的50位物理学家相信,这项发现将有助于洞悉宇宙的神秘面纱。研究负责人、加拿大西蒙弗雷泽大学迈克尔·海登(Michael Hayden)教授说:“通过研究反原子的属性,我们希望掌握我们生活宇宙的更多信息。”

  海登是“阿尔法合作体”的成员之一,该组织致力于研究反氢原子——与普通氢原子对应的反物质。众所周知,光谱线非常像指纹,每个元素都有其独特的模式。它可应用于普通物质,但是物质和反物质被认为彼此镜像(这意味着反物质原子的特殊光谱线与普通原子的光谱线完全精确),但是之前我们不知道这是什么情况。

  科学实验研究表明,反氢原子的特殊光谱线与普通原子光谱线相匹配,意味着即使在反物质之中,特殊光谱线也存在匹配。这项研究是由欧洲核子研究中心(CERN)进行的,它是世界最大粒子物理实验室。

  研究人员使用微波辐射反氢原子,类似于那些用于卫星通信的原子。这将导反原子在非常特殊的光谱下喷射或者吸收能量,从而透露出它们的“身份”,这种模式、或者频率的光谱对应于“指纹”。西蒙弗雷泽大学物理学博士贾斯汀·慕尼黑(Justine Munich)说:“我们面临的一个巨大挑战是物质和反物质彼此接触时会互相湮灭,我们必须将它们分开。”

  我们无法仅将反原子放入一个普通容器之中,它们必须被捕获,或者放入一个特殊的磁瓶中。同时,这项研究将有助于洞悉为什么反物质在实验室之外数量非常有限。海登说:“我们可以在实验室里制造反物质,但它们似乎并不存在,除非是微小的数量。这是为什么呢?我们仅是不知道,但或许反氢原子能对我们提供一些线索。”科学家试图搞清楚反物质长期位于何处。

  大爆炸被认为产生了等量物质和反物质,但是现今宇宙大部分是由普通物质组成,几乎没有反物质存在。美国物理学家唐爱红(音译)说:“虽然科学家知晓这一谜团已有数十年,但很少出现相关线索,它仍是科学重大挑战之一。我们对反物质自然属性的了解,将潜在有助于揭晓这一谜团。”

  科学家使用叫做“相对论重离子对撞机(RHIC)”的粒子加速器,能够测量成对反质子之间的交互作用。他们发现反质子对之间作用力非常吸引人,就像原子内部聚集质子的强核力一样。另一位使用RHIC对撞机研究反质子交互性的张正桥(音译)说:“我们观察到大量质子,这是传统原子的基本组成部分,它们与反质子几乎拥有相同的数量。”

  反质子看上去就像熟悉的质子,但因为它们是反物质,它们带负电荷,而不是正电荷,所以它们在探测器的磁场中是相反方向。这项实验表明,物质和反物质是对称的,这意味着一些不对称现象无法解释宇宙中物质持续存在性,以及反物质的稀缺。该研究表明,这是物质/反物质不对称性的另一个解释,但它可能是什么,仍有待于揭晓。

反物质一直是我们所好奇和梦寐以求的,而对于量子力学而言,则是我们可以直接投入到生产应用的技术。

欧洲核子中心(CERN)的物理学家利用大型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC)进行了一项新实验,证实了量子力学中最早的预言之一。

  ATLAS实验项目的物理学家披露,他们已经观察到了光与光散射的直接证据。在这一过程中,光是在高能状态下与自身发生相互作用。对目前的量子电动力学研究来说,这一现象具有重要意义,而科学家已经对这一“里程碑结果”寻找了数十年。现在,第一次有研究人员宣称,他们发现了光子能相互作用并改变方向的证据。

  “这是一个里程碑式的结果:首次发现高能光与自身相互作用的直接证据,”ATLAS实验项目的物理协调员、英国谢菲尔德大学的丹·托维(Dan Tovey)说,“这一现象在经典电磁学理论中是不可能出现的,实验结果为我们理解QED,即电磁量子理论(quantum theory of electromagnetism)提供了灵敏的测试方法。”

  该发现来自大型强子对撞机的第二轮运行(Run 2),开始于2015年。研究者解释称,在运行期间,铅离子以前所未有的速率在粒子加速器中碰撞。通过这一过程,研究者首次获得了光与光散射的直接证据。

  ATLAS重离子物理学小组召集人、来自美国布鲁克海文国家实验室的彼得·斯坦伯格(Peter Steinberg)说:“多年来,重离子和高能物理学界一直十分关注对这一现象的测量,几个研究小组的计算结果显示,我们或许可以通过研究铅离子在第二轮运行时的碰撞获得一个显著信号。”

  欧洲核子中心称,重离子碰撞可以为研究这类现象提供一个“纯净的环境”。当铅离子被加速时,光子会在它们周围产生。大多数情况下,这些铅离子在中心处相遇时并不会碰撞。相反,它们周围的光子会相互作用并发生散射,这一过程被称为“超周边碰撞”。研究人员研究了第二轮运行中超过40亿次事件,找出了13次可能的光与光散射事件,显著性达到4.4。

  “为这种罕见的现象寻找证据要求ATLAS探测器发展出灵敏的新‘触发器’,”斯坦伯格说,“实验获得的印记——在原本空无一物的探测器中有两个光子——与铅原子核碰撞时极为复杂的典型结果几乎是完全对立的。新‘触发器’在筛选这些事件中的成功应用,展示了实验系统强大的功能和灵活性,以及分析团队在设计和开发这一系统时的技巧和专业技术。”

  研究人员计划在大型强子对撞机接下来的新一轮重离子运行(将在2018年进行)中,对这一现象做更深入的研究,以获得更准确的结果。

对于欧洲核子中心(CERN)的各项研究成果,我们还会持续的关注。

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