科學人雜誌
物理學

加速粒子換新招:電漿╳雷射

2021-09-01 鳩希(Chandrashekhar Joshi)
欲獲致劃時代的基礎物理發現,科學家或許得借助電漿與雷射,設計出前所未見的強悍粒子加速器。

重點提要

  1. 粒子加速器是人類了解自然界基本組成的利器,其巔峰成就在於找到粒子物理標準模型的最新一塊拼圖:希格斯玻色子。
  2. 自2012年發現希格斯粒子之後,就再也沒找到新的基本粒子,於是有科學家接連提出造價上百億美元的新粒子加速器計畫。
  3. 另有一群科學家從1980年代開始,便投入開發以電漿為基礎的粒子加速器,如今前景看好,因為這類粒子加速器兼具巧而廉的特色。
▲電光一閃:在這張電腦模擬圖中,先進加速器實驗檢測設施(FACET)內部的電子與正子,經由電漿加速後進行對撞。在20世紀初期,科學家對於組成物理世界的基本單元所知甚少。但是到了同一世紀晚期,他們不僅發現了可建構出眾多已知物質的所有化學元素,還找到一大堆用以組成人類、地球、甚至整個宇宙的更基本的粒子。而粒子加速器正是促成這項革命的利器。粒子加速器的登峰之作,當屬2012年大強子對撞機(Large Hadron Collider, LHC)發現了長期找尋的希格斯玻色子(Higgs boson)。LHC位於瑞士日內瓦附近的歐洲核子研究組織(CERN),是一座周長27公里的加速環,能使兩束各具七兆電子伏特(即7TeV)能量的質子對撞。它是至今最大、最複雜且號稱是有史以來最貴的科學儀器。粒子物理學中的主流理論稱為標準模型(standard model),而希格斯玻色子正是其最新一塊拼圖。可是在發現該粒子之後將近十載,LHC以及其他粒子加速器卻再也沒找到新的基本粒子。粒子大觀園難道科學家已經發現所有可能存在的粒子了?這必須存疑。因為粒子物理學的標準模型無法用於解釋暗物質,儘管找不到組成暗物質的粒子...

登入會員以閱讀更多精彩內容

更多文章
活動推薦更多
追蹤科學人