2012年,欧洲粒子物理实验室(CERN)宣布发现希格斯玻色子。这种粒子解释了为什么物质有质量,证实了1964年的预言,是标准模型的一个基本部分,标准模型解释了组成世界的粒子的行为。大型强子对撞机(LHC)是一个巨大的基础设施,耗资超过70亿欧元,在瑞士日内瓦附近建造了一个直径27公里的环,使这一发现成为可能。在内部,质子在大磁铁的引导下循环并相互碰撞,重现了大爆炸后最初时刻在自然界中不存在的情况。
这一里程碑引起了人们对基础物理学的极大兴趣,但这种兴趣后来消退了,但这台机器仍在继续寻找信息,以了解宇宙的构成。卡拉Marín(巴塞罗那,33岁)是继续测试标准模型极限的科学家之一。作为巴塞罗那大学的教授,她刚刚获得了由西班牙皇家物理学会和BBVA基金会颁发的实验物理学青年研究员奖。
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在日内瓦,Marín与LHCb探测器合作,LHCb探测器是LHC对撞质子的四个大型探测器之一,用于测试碰撞后衰变之间的物理极限。“我们是研究b型夸克的专家,这是我们所知道的最重的夸克,”Marín说。“我们非常精确地测量它们是如何产生的,它们是如何与其他夸克联系的,或者它们是如何衰变的,因为它们是不稳定的粒子,我们将这种行为与理论告诉我们的进行比较,看看它是否在某个点上断裂;我们正在间接地寻找新的物理学,”他解释说。
的问题。你能告诉我们你在大型强子对撞机做什么吗?
的答案。我们快速加速质子,给它们很多能量,当它们达到我们能给它们的最高能量时,我们碰撞它们。因此,它有这么多能量的事实,就是这些质量更大的粒子产生的地方。它们不是凭空出现的,我们是在把能量转化为物质。
问:这些在碰撞后出现的粒子在宇宙中曾经存在过吗?
A.我们想是的,但是我们不知道。人们相信,在宇宙诞生之初,当它充满能量、非常热、非常稠密时,它被集中在一个非常小的空间里。大爆炸理论告诉我们,在那个时候,有一种状态,一种夸克的汤,在那里我们知道所有这些夸克都存在,标准模型预测给我们的6个夸克,自由流通,因为有大量的能量。我们正试图重现宇宙起源时存在的条件。
问:你已经获得了欧洲研究理事会的启动基金,用于开展CLIMB项目。你在找什么?
答:我们想研究质量最大的b夸克到最轻的d夸克和两个轻子的衰变过程。为什么?在标准模型中,这是可能的,但很少发生。在每1亿次b夸克衰变的数列中,它会以这种方式衰变。如果存在另一种粒子,另一种力,我们目前还不知道,标准模型无法预测,但它存在于自然界,它可以影响这种衰变。在标准模型中,衰变越罕见,它对模型之外的任何效应就越敏感,无论这些效应有多小,都可能表明存在一种新的粒子或一种新的力与b夸克相互作用。
问:爱因斯坦在寻找一个可以解释整个宇宙的统一理论。继续寻找这种理论是合理的吗?还是说现实与此不同?
答:我们真的不知道。有统一理论,我们试图从一个共同的起源来解释自然界中存在的力,尽管它们现在不是很流行。问题是如何检查他们的预测是否在自然界中发生。我们需要比现在在实验中创造的能量多得多的能量才能看到它的效果。也许在某一点上,我们所研究的力的行为会有所不同,但就我们现在所知,它肯定会达到一个非常高的能量,我们现在还无法达到。
有时会有一些科幻小说里的想法,关于在地球周围建造加速器的讨论。你需要这样规模的东西,以我们现有的技术,是不可行的。我们所做的是寻找新的方法来加速粒子,超越我们现在使用的超导磁体。人们正在研究等离子体和其他技术,以便在更小的空间内实现更大的加速度,但我们不知道开发这些新技术可能需要多长时间。
问:有一种粒子一直在寻找,但没有找到,它可以构成暗物质。
答:我们有非常明确的证据,特别是在宇宙的尺度上,当我们观察星系时,我们需要我们不知道的物质来解释我们看到的引力效应。我们已经搜索了很多地点,但到目前为止还没有发现任何东西,所以有时我想知道我们是不是在错误的地方寻找暗物质,如果我们需要扭转这个问题。例如,有人提出了引力理论的变体,但它们看起来不太有希望。我们到处都在寻找,非常小的质量相互作用很大,或者非常大的质量相互作用很小,但我们没有在任何地方看到任何东西,所以我想知道我们是否误用了我们所拥有的知识。
问:似乎在19世纪末和20世纪初,原子模型、量子理论、相对论或宇宙大爆炸等领域出现了更为惊人的进展。现在进展慢了吗?
答:我认为这是真的,现在的进展有点慢,但我认为不同之处在于,就在你提到的时候,我们克服了技术障碍,能够看到,比如,夸克。你可以看到那些与你需要输入系统的能量有关的小东西的水平。在那之后,我们继续前进,但我们是以非常线性的方式完成的。我们已经能够在我们的碰撞中创造和观察希格斯玻色子,但我们谈论的是在相同能量范围的末端,我们谈论的不是数量级不同。我们可能已经看到了在这个范围内我们所能看到的一切,我们需要一个飞跃,而不仅仅是技术上的线性进步,以达到下一个状态。如果没有这项技术,如果没有技术上的飞跃,没有我之前提到的新加速器,我们将很难达到下一个水平。
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