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在粒子世界里自在逍遥

科普小知识2022-07-26 20:51:18
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对于生活在日常生活中的普通人来说,构成物质世界的基本粒子似乎太遥远了。对于高能物理学家来说,粒子世界是美妙的,有着独特的魅力。

最近,欧洲粒子物理研究所召开了一次会议,宣布对由五个夸克组成的重子态的观测,这标志着人类更接近了解物质世界的本质。其中有清华大学高原宁团队和中国科学院科研人员的贡献。

从发现到证实五夸克态的存在,这个团队花了半年多的时间反复验证“忠实的妻子”

在五夸克态被证实存在后,人们认为清华大学高能物理研究中心主任、大型强子对撞机底部夸克实验中国组组长高兰宁的和平生活将被打破。然而,他看起来仍然愉快和和蔼可亲,并经常把印有欧洲核子研究中心的扑克牌交给他的同事。多年来,“粒子”和“夸克”一直是高原宁生活中的关键词。今天,生活的重心依然不变。

高能物理学,也称为粒子物理学,致力于研究微观世界中的物质是如何形成的,以及无数粒子是如何相互作用的...粒子的“小世界”包含了大世界的秩序。

1964年,美国物理学家盖尔曼提出了“夸克模型”,认为质子和中子不是基本粒子,而是由三个夸克组成。盖尔曼还提到,可能会有奇怪的粒子类型,比如在介子或重子上增加一对正负夸克,形成四夸克介子或五夸克重子。几十年来,科学家们一直在努力寻找这些奇怪的粒子。最后,在2013年,中国科学家在北京谱仪实验中发现了zc(3900)粒子,这被学术界认为是四夸克态存在的证据。然而,已经存在了半个多世纪的五夸克假说终于得到了证实,激励了粒子物理学界。这意味着人类发现了新的物质形式。

从发现到确认五夸克态的存在,这个团队花了半年多的时间反复验证,排除了所有的可能性,最终确定了它。这半年,团队中每个人的时间表几乎都是用分钟来衡量的。

清华大学的杨振伟副教授作为大型强子对撞机8个研究小组之一的召集人,每天需要参加很多视频会议,日程安排得满满的。视频会议通常少至10或20人,多至100人,分析数据,讨论问题,交流进展,协调分歧。杨振伟已经成为“所有人的领袖”。北京和欧洲的时差是六七个小时。通常,下午开完会后,晚上还有一个会。在中间,他必须找时间和家人一起吃饭,然后赶回学校。他经常想知道为什么是一大早。

除了视频会议,该团队还经常前往欧洲。周五,清华大学的张立明副教授也在清华做了实验。两天后,他来到了欧洲粒子物理研究所,承担起了研究小组的监控任务。

至于《忠实的妻子》,高原宁团队只是兴奋了一小会儿,“接下来还有很多事情要做,就像十多年来一直在做的那样。”高原宁的心已经开始计算下一个任务,当初从猜测到确认,尝试了上百种可能性的组合;现在分析五夸克态的组织结构和规律,后续研究将需要更持久的努力。“就像年复一年地观察星星一样,团队突然被五夸克态的流星照亮了。但仍然有比这更大的流星,而且它们会日复一日地持续下去。”

中国人担任了欧洲核子研究组织八个物理研究小组中两个小组的召集人,并成为“梦之队”的成员

与这一成就相比,作为高能物理研究“世界梦想团队”的一员,该团队更加自豪。

欧洲粒子物理研究所是粒子物理学的“梦之队”。这里有最先进的设备,最先进的概念,以及高能物理领域中世界上最好的科学研究人员。在这里的八个物理研究小组中,中国成员已经担任了这两个小组的召集人。重要的是要知道,只有那些具有优秀综合素质并得到同行一致认可的人才能成为召集人。“从开始承担小任务和帮助小任务开始,中国队就有了与国际队平起平坐甚至独立的实力。中国队站在最高的平台上,“看着星星”。“高原宁介绍。

作为一个先锋,高原宁希望更多的年轻人将接管他们的警棍,并在高能物理领域取得更大的成就。因此,除了科学研究之外,培养人才和消除疑虑也成了团队的主要工作。

虽然重复叙述是最基本的内容,但高原宁总是感觉新鲜,可以挖掘得更深。由于许多问题没有标准答案,海兰宁与学生的沟通通常是开放的。最近,一群博士生去欧洲粒子物理研究所学习。高原宁特别珍惜与学生的每周视频会议。然而,在回答学生们的困惑时,他经常指出“我们都是有经验的人。引导他们*玩耍并尝试创新比干预更重要。”

对于中国高能物理的未来发展,清华大学高能物理研究中心的成员们有这样的期望:目前,中国开展粒子物理研究的大学和研究机构不超过10所,但美国排名前100的学校都开展了相关专业的研究。一个人用简单的望远镜捕捉流星是非常不可能的。如果500人持有一架先进的望远镜,机会就大得多。

为了让更多的人有更多的机会捕捉科学“流星”,清华大学高能物理研究中心的团队有这样一个雄心:在中国建造一个高能环形正负电子对撞机,其隧道长度是目前欧洲拥有的对撞机的五倍。“这个梦想仍处于概念设计阶段,可能需要10、20、30年才能实现。但是,我们将朝着这个方向努力,为下一代铺平道路,吸引世界各地的高能物理人才到中国来。”海兰宁说道。

漫游在粒子世界中,他们总是快乐的,“说他们在其中最快乐和享受自己没有什么不同。”

在高原宁的记忆中,有这样一件事一直激励着他坚持向前。2012年,法国科学家获得了当年的诺贝尔物理学奖。当时,几个法国小女孩碰巧参观了清华大学,并提到他们国家的科学家获得了这个奖。小女孩们非常自豪。在他们心中,科学家对人类的贡献值得尊重。孩子们的热情感动了高原宁,“这取决于被科学流星照亮的机会。如果人们能够获得这样的理解,那么在黑暗中摸索的人们将会受到极大的鼓舞。”

许多人并不完全理解他们的爱,并关注高能物理。经常被问到“这样做有什么用,为什么?”杨振伟不习惯向别人解释。"不同的圈子自然会有不同的生活方式,但对职业的热爱应该是一样的."他静静地读着苏轼的诗:“据说里面有快乐,它和快乐没有什么不同。”

虽然他仍然住在一个50到60平方米的宿舍里,但杨振伟感觉很好。他厌倦了做科学研究。参观校园可以让他平静下来。此外,远离社会的喧嚣,他简单而持久地漫游在粒子世界中,他享受其中,“还有什么比朝着一个目标努力更快乐的呢?此外,科学探索原本是对未知领域的探索。再过一天,你就会得到更多。”杨振伟说。

出于对物理的热爱,他们也希望把自己的爱传递给下一代。张立明喜欢向他的两个孩子讲述科学家的故事,杨振伟也喜欢向他的孩子讲述他自己的实验故事。在杨振伟的书架上,仍然有一本他于2004年在旧书摊上找到的中文版伯克利物理课程(力学)。这是他第一次阅读物理学。他说如果可能的话,他会把它留给孩子们。

五夸克态之后还有六夸克态吗?有什么新的奇怪粒子等着被发现?海兰宁期待着这个答案,“对科学家来说,很多时候你不知道你会得到什么样的结果。”