十五从军征,粒子物理学的未来1:咱们现已知道什么?,爱奇异

admin 2019-05-05 阅读:184

美国闻名理论物理学家戈登·凯恩作为美国物理学会Lilienfeld Prize 和Sakurai Prize 双料得主,凯恩教授在超对称理论、希格斯物理学、弦论唯象学、暗物质和国际学等许多范畴做出了杰出贡献,他也是未来高能量对撞机项目的坚决支持者。

咱们正走在探究自然规矩的道路上。咱们的方针是了解和知道咱们的国际。完成这个方针并不要求处理许多虽然是很风趣的问题,例如黑洞信息悖论和多国际理论。咱们的理论有必要是一个一起有量子理论和引力的完好的理论。因而,所谓的等级问题就无法防止,处理这一问题需求有新物理。等级问题的终究处理需求一个新的对撞机。由于咱们在探究不知道的前沿,所以这样的探究必将一起带来新的技能和构思,然后发生上千亿的经济效益。发生巨大的经济效益的首要原因是对撞机为这些新的技能供给了孕育的商场。一起,对撞机的开展也有重要的文明效应。

一、咱们现已知道什么

通过自哥白尼和伽利略以来四个世纪的开展,咱们总算发现了根本粒子的规范模型和树立了国际学。然后达到了物理学的在这段前史中的方针,那就是树立一个对咱们的物理国际的描绘。

咱们能够观察到的全部,包含那些有必要凭借东西才干观察到的在很大的和细小的尺度上的现象,都能够被几条简略而美丽的自然规矩所解说。在有些情况下,描绘这些规矩的方程的解或许不容易得到。可是,并没有任何迹象标明咱们所用的方程和理论不正确。

根本粒子规范模型的首要部分在20世纪70年代中期就现已树立起来了,这包含描绘强相互效果的量子色动力学,以及电磁和弱相互效果的理论。这个大厦的终究一块砖是2012年在欧洲核子中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)上被发现的希格斯玻色子。早在20世纪60年代,就有理论预言希格斯玻色子的存在。它的存在确保了理论的齐备性。从另一个视点看,假如希格斯玻色子不存在,电子将会是无质量的粒子,原子会变得无穷大。这样,咱们的国际就不会存在。

有时候,人们会质疑咱们发现的粒子是不是真实的希格斯玻色子,或许咱们发现的粒子只起到希格斯玻色子一部分效果。咱们坚信发现的粒子是希格斯玻色子的底子原因是其衰变到两个Z规范玻色子的分支比和规范模型希格斯机制的预言相契合。咱们从衰变到两个W规范玻色子的道也能够得出相似的定论。可是两个Z的衰变道试验上丈量的差错更小,所以咱们在这里首要以这个道来证明。假如没有希格斯机制,希格斯粒子是不能衰变到两个Z玻色子的。这一点能够从规范模型的对称性加以了解。

希格斯粒子是同位旋对称群SU(2)二重态的一部分,同位旋为1/2。但是Z规范玻色子是同位旋三重态的一部分,同位旋为1。根据相似于量子力学中角动量相加的规矩,1加1是不或许得到1/2的。所以,契合对称性所预言的相互效果是hhZZ。在希格斯机制中,这个相互效果中的一个希格斯粒子得到一个真空期望值(成为一个常数)。然后,相互效果成为hZZ,正像在试验中观测到的那样。假如试验上丈量到的hZZ和规范模型的预言相符,那就意味着真空期望值为一个希格斯粒子一切,不或许再有其他的希格斯粒子。

在以上的证明中咱们现已能够看到了现在正在评论的新的对撞机之所以必需的一个重要原因。现在对hZZ相互效果的试验丈量值和规范模型预言与规范模型根本契合。但另一方面,10%左右的试验差错留下了存在没有丈量到的对规范模型的违背的或许性。正在CERN运转的LHC终究会将这个精度提高到5%左右,这还不是很抱负。我国提出的环形正负电子对撞机(CEPC)能够将精度提高到0.2%左右。假如成果仍然是和规范模型的预言相符,那么这样的精度会十分令人信服。