世界有 85% 的物质仍不知道,咱们不清楚这些物质的成分,因而称之为暗物质。咱们能调查到暗物质在星团与其他天体上的重力,所以知道暗物质的存在。咱们还无法直接调查暗物质,不过科学家论说表明,人类或许能用世上最强壮的粒子对撞机创造出暗物质。
这是一台长27公里的大型强子对撞机或简称 LHC,坐落瑞士的日内瓦。那么机器怎么运作呢?在LHC里,两个质子束以反方向旋转,随后加快,近似光速在第四个碰击点质子束相遇,质子互撞。质子是由更小的夸克和胶子所组成,在最一般的碰击下两个质子穿越互相没有发生严重的成果。
但每一百万次里的一次碰击,两个质子会强力抵触释放出绝大部分的抵触能量,发生上千个新粒子。只要在这类碰击中才会发生超大粒子,像是理论上的暗物质碰击点,四周都是探测器,内部约有一亿个传感器,好像大型3D照相机,探测器收集新粒子的信息包括轨道电荷与能量处理运算,然后计算机便能描绘出碰击的印象,每条线都是每个不同粒子的途径,还用色彩为不同型态的粒子编码探测器所收集的材料,让科学家能决议这些粒子是什么,像是光子和电子探测器每秒大约拍照十亿次,这些磕碰的快照可以找出稀有大型粒子的痕迹。
难上加难的是咱们想寻觅的粒子或许并不安稳。在传感器能察觉之前就会衰变为咱们较熟知的粒子。以「希格斯玻色子」为例,持久来只存在理论上的粒子,直到 2012 年才被调查到。要让特定碰击发生希格斯玻色子的机率约是百亿分之一,只存在顷刻一秒就衰变了。不过科学家发展出理论架构让人知道该寻觅甚么,科学家本来以为希格斯玻色子会衰变成两个光子,因而他们起先只检视包括双光子的高能量事情。
但是有个问题存在,无数个粒子互动会随机发生两个光子,所以该怎么将希格斯玻色子与其他物质别离?答案是质量探测器收集的信息,能让科学家退一步审思断定发生两个光子的那东西的质量。科学家将质量值转成图表,然后在所有发生双光子的事情重复相同过程。绝大多数的事情仅是调查随机发生的光子,即科学家口中的布景事情。
但当一个希格斯玻色子发生并衰变为两个光子时发生的质量永久相同。因而希格斯玻色子的特征便是呈现在布景上方的细小光斑,至少需进行数十亿次的调查,小光斑才会呈现,且也只要当小光斑显着比布景来得高,得出的成果才有含义。在希格斯玻色子的事例中运用大强子对撞机的科学家宣告突破性的成果,即只要三百万分之一的时机才干幸运得出小光斑呈现的数据。
回到暗物质,若大型强子对撞机的质子束有满足的能量发生暗物质,或许会比希格斯玻色子的呈现更为稀有,所以需求千兆次的碰击并合作理论架构才干开端寻觅。这也是大强子对撞机现在正在进行的方案,藉由巨大数据的发生,咱们咱们都期望能在图表中找出更多细小光斑,等待能为仍不知道的粒子如暗物质佐证。也有或许咱们找到的不是暗物质而是其他物质,这可以彻底改动人类对世界运作的认知,那也是现在为止部分的研讨趣味,到底会找到甚么,咱们仍一无所悉。
参考材料
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
3. 觀漢居士- Szu-Wen Kung- Helen Chang
如有相关联的内容侵权,请于三十日以内联络作者删去
转载还请获得授权,并留意坚持完整性和注明出处