現代高能物理學的碰撞,玩的早就不是「拆解」,而是宇宙最底層的造物法則。
而這套法則的核心,就是人類歷史上最著名的那個公式——愛因斯坦的質能方程:E=mc²,也就是能量等於質量乘以光速的平方。 【寫到這裡我希望讀者記一下我們域名 超便捷,.輕鬆看 】
大眾對這個公式最直觀的印象是什麼?
是原子彈。
是把極其微小的一點靜止質量(m),瞬間轉化為毀天滅地的巨大能量(E)。質量消失了,變成了刺目的強光和恐怖的高溫。
但是,既然這是一個等式,既然質量和能量本質上是一枚硬幣的兩麵……那麼,我們能不能大膽地設想一下:
如果在這個等式上,我們把它「反過來」用呢?
如果我們不去追求損失質量並釋放能量,而是把極端龐大的動能(E),在極端微小的空間裡死死壓縮在一起,也就是損失其能量,那麼會發生什麼?
沒錯,是能量變成了質量。
……
這就是LHC對撞機給出的人類終極答案。
當兩束攜帶著恐怖動能的粒子,在四個巨大的探測器中心迎頭相撞、速度瞬間歸零時,那龐大到無法想像的動能無處可去。
於是,在這無限小的奇點上,奇蹟發生了。
這些純粹的動能,根據質能等價的逆向法則,瞬間坍縮、凝聚,直接從虛無的真空中「無中生有」,硬生生地憑空創造出了全新的、龐大的靜止質量!
這根本不是在「破壞」或者「拆解」舊的粒子,這是在「創造」新的粒子!是人類在竊取造物主的權柄!
那些理論預言中十分神秘的「超越標準模型」的物質——比如暗物質粒子、超對稱粒子,它們都有一個共同的特點:太重了。
因為它們太重(m極大),根據m=E/c²,要想憑空把它們「捏」出來,就需要極其恐怖的能量(E)。
在今天這個宇宙裡,它們根本無法自然產生。
所以就需要依靠LHC內部的碰撞,短暫地重現138億年前、宇宙大爆炸後百億分之一秒的極端狀態!
在這個瞬間,微觀區域的溫度將比太陽核心還要熱十萬倍。
隻有在這種如同煉獄般的「微型大爆炸」中,那些沉睡了百億年的古老而沉重的新粒子,才會被龐大的動能強行「具象化」出來。
……
LHC有四個探測器。
ATLAS和CMS是兩個通用型多用途探測器,體型最龐大,主要負責尋找希格斯玻色子、額外維度以及構成暗物質的粒子;
ALICE是重離子探測器,專門用來研究宇宙大爆炸極早期的「誇克-膠子等離子體」狀態;
LHCb則是一個專門用於研究底誇克的探測器,試圖解答為什麼我們的宇宙是由正物質構成,而不是被反物質湮滅的「反物質消失之謎」。
無數的新粒子會在碰撞的瞬間誕生,然後又在極短的時間內衰變。而那些像幾層樓一樣高、重達上萬噸的探測器,就像是幾億畫素的超級3D相機,以每秒四千萬次的快門速度,抓拍下這些粒子死亡的軌跡。
2012年,轟動全球的「上帝粒子」希格斯玻色子,就是在這裡被撞出來的。
它的發現,補齊了物理學「標準模型」的最後一塊拚圖,直接鎖定了次年的諾貝爾物理學獎。
順便提一句,「上帝粒子(God Particle)」這個霸氣的名字其實是個美麗的誤會。當年諾獎得主萊德曼寫書時,原本想叫它「該死的粒子(Goddamn Particle)」,因為這玩意兒實在太難找了,簡直折磨了物理學家半個世紀。
結果出版商覺得「該死的」太難聽,大筆一揮改成了「上帝粒子」,反而成了科學界最成功的營銷。
……
目前LHC的「Run 3(第三次執行期)」剛剛圓滿結束。
從2026年開始,整個CERN將進入長達三年的「LS3」,也就是第三次長停機維護期。
這也是為什麼孔采維奇能帶他深入地下100米參觀的原因。
如果在執行期,那地下隧道裡充斥著致命的高能輻射,別說人了,連個微生物都活不下來。
……
在run3這幾年的執行中,物理學家們雖然收集了海量的資料,但令人絕望的是——他們沒有發現任何「超越標準模型」的新物理現象。
沒有超對稱粒子,沒有暗物質的直接證據,沒有微觀黑洞。
物理學,似乎被困在了一個名叫「標準模型」的黃金牢籠裡。
下週的會議,據說會對RUN3關機前最後一批資料的分析結論做一些報告會,但大概率依然沒有新的發現。
因此這次長達三年的停機,機器將進行非常複雜的裝置升級,為未來的HL-LHC(高亮度大型強子對撞機)做準備。
所謂的HL-LHC,可以理解為LHC的「超級升級版」,它通過更強大的聚焦磁體,將粒子束壓縮得更細,使得對撞的「亮度」(即碰撞的頻率和概率)提升數倍,從而捕捉那些發生概率極低的罕見物理事件。
……
因為人們困在「標準模型」太久了,於是在LHC升級到HL-LHC的方案之外,還有一場更激進的,關於未來環形對撞機FCC的論證。
FCC是一個比LHC更加瘋狂的構想,,它計劃在日內瓦地下挖掘一條周長長達100公裡的超級隧道,規模相當於重新建造一個比LHC大近四倍、碰撞能量將是LHC的七倍以上的超級工程,預算高達數百億歐元。
由於目前的LHC在發現「上帝粒子」希格斯玻色子後,遲遲沒有找到「超越標準模型」的新物理現象,比如暗物質粒子、超對稱粒子等。物理學家們分成了兩派。
一派認為,LHC的能量已經到頂了,人類必須砸下數百億歐元,建造一個周長長達100公裡的超級對撞機FCC,用更高的能量去轟開真理的大門。
而另一派則認為,高能物理已經觸碰到了人類算力和財力的天花板。原有的資料仍有挖掘的空間,但是人類被困在了資料的汪洋大海和數學工具的匱乏之中。
……
「數學瓶頸……」
徐辰靠在椅背上,手指輕輕敲擊著桌麵,眼神變得無比深邃。
他看著螢幕上那張CMS(緊湊繆子線圈)探測器的照片。
那是一個足足有五層樓高、重達14000噸的鋼鐵巨獸。它就像是一隻巨大的、由無數矽微條和超導線圈組成的「機械複眼」,靜靜地蟄伏在地下100米的深淵中,凝視著微觀世界的生滅。
徐辰的腦海中,不由自主地浮現出了幾個月前在清華「歸根居」裡,那位世紀老人那雙枯瘦卻溫暖的手,以及那句擲地有聲的斷言:
「高能物理的盛宴已過……唯有數學的邏輯,能穿透迷霧,抓住本質。」
一種強烈的宿命感擊中了徐辰。
他忽然覺得,那些在地下100米深處呼嘯而過的粒子,或許從未想過要隱藏自己。
它們隻是在等待一個,能用更高維度的語言去閱讀它們軌跡的人。