短訊

宇宙誕生一幕將在地球重現(xiàn)？

全球最大強(qiáng)子對撞機(jī)即將完工，作為世界上規(guī)模最大、造價(jià)最高的科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，建造在瑞士與法國交界地帶的大型強(qiáng)子對撞機(jī)于4月6日向公眾開放后，進(jìn)入封閉階段，科研人員將完成使用前的最后準(zhǔn)備工作(圖1)。

大型強(qiáng)子對撞機(jī)建成后，科學(xué)家們將通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M出“大爆炸”發(fā)生后十億分之一秒時(shí)間內(nèi)的宇宙情形。根據(jù)當(dāng)前普遍認(rèn)同的理論，我們的宇宙就是約140億年前“大爆炸”發(fā)生之后形成的。有關(guān)宇宙誕生的計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)壳耙呀?jīng)有多個(gè)版本，科學(xué)家們希望通過此次亞原子微粒碰撞實(shí)驗(yàn)來選擇一個(gè)正確的宇宙最初模型。

此外，科學(xué)家們還希望借助該大型強(qiáng)子對撞機(jī)來判定所謂的“暗物質(zhì)”的有關(guān)特性?？茖W(xué)家們認(rèn)為，在構(gòu)成宇宙的所有物質(zhì)中，“暗物質(zhì)”約占95%。但截至目前還沒有人真正發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)到底為何物。

但是也有很多人強(qiáng)烈反對這項(xiàng)科學(xué)研究。世界各地的環(huán)保主義者擔(dān)心這臺(tái)瑞士歐洲粒子物理中心的大型強(qiáng)子對撞機(jī)被惡意利用，制造出足以把地球上所有生命吸進(jìn)去的黑洞。

據(jù)悉，宇宙大爆炸學(xué)說是目前影響力最廣的宇宙起源學(xué)說，產(chǎn)生于上個(gè)世紀(jì)20年代。但宇宙是否真的起源于大爆炸，至今仍缺乏足夠多的令人信服的證據(jù)。（解放日報(bào)）

新聞背景:粒子加速器和粒子對撞機(jī)

1919年，盧瑟福用天然放射源實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)原子核反應(yīng)，即利用阿爾法粒子轟擊氮、氟、鉀等元素的原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。不久，人們就提出了用人造快速粒子源來改變原子核的設(shè)想。

簡單地說，粒子加速器是一種用人工方法產(chǎn)生快速帶電粒子束的裝置。它利用一定形態(tài)的電磁場將電子、質(zhì)子或重離子等帶電粒子加速，能提供速度甚至接近光速的各種高能量的帶電粒子束，是人們改變原子核和基本粒子，認(rèn)識(shí)物質(zhì)深層結(jié)構(gòu)的重要工具。20世紀(jì)30年代初以來，回旋加速器、靜電加速器相繼問世。爾后，人們又陸續(xù)發(fā)明了各種高能加速器。

20世紀(jì)50年代初，有人開始考慮利用對撞粒子束來獲得更高能量，并進(jìn)而發(fā)明了粒子對撞機(jī)。粒子對撞機(jī)是加速器的一種，其主要作用是積累并加速相向運(yùn)行的兩束粒子流，到一定強(qiáng)度及能量時(shí)使其進(jìn)行對撞，以產(chǎn)生足夠高的反應(yīng)能量。

幾十年來，人們應(yīng)用粒子加速器在探索物質(zhì)構(gòu)成之謎的道路上取得了許多重大成果，并建立起粒子物理學(xué)這樣一門新學(xué)科（圖2）。目前，加速器的應(yīng)用已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了粒子物理學(xué)的領(lǐng)域，在諸如材料科學(xué)、分子生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛而重要的應(yīng)用。（新華網(wǎng)）

新聞鏈接:粒子物理學(xué)的“圣杯”——希格斯玻色子

人們早已發(fā)現(xiàn)，自然界中物體之間千差萬別的相互作用，可以簡單劃分為４種力:即引力、電磁力、維持原子核的強(qiáng)作用力和產(chǎn)生放射衰變的弱作用力。在愛因斯坦的相對論解決了重力問題后，人們開始嘗試建立一個(gè)統(tǒng)一的模型，以期解釋通過后３種力相互作用的所有粒子。

經(jīng)過長期研究和探索，科學(xué)家們建立起被稱為“標(biāo)準(zhǔn)模型”的粒子物理學(xué)理論，它把基本粒子（構(gòu)成物質(zhì)的亞原子結(jié)構(gòu)）分成３大類：夸克、輕子與玻色子?！皹?biāo)準(zhǔn)模型”的出現(xiàn)，使得各種粒子如萬鳥歸林般擁有了一個(gè)共同的“家園”。但是這一“家園”有個(gè)致命缺陷，那就是該模型無法解釋物質(zhì)質(zhì)量的來源。

為了修補(bǔ)上述理論大廈的缺陷，英國科學(xué)家彼得·希格斯提出了希格斯場的存在，并進(jìn)而預(yù)言了希格斯玻色子的存在。假設(shè)出的希格斯玻色子是物質(zhì)的質(zhì)量之源，是電子和夸克等形成質(zhì)量的基礎(chǔ)。其他粒子在希格斯玻色子構(gòu)成的“海洋”中游弋，受其作用而產(chǎn)生慣性，最終才有了質(zhì)量。爾后所有的粒子在除引力外的另３種力的框架中相互作用，統(tǒng)一于“標(biāo)準(zhǔn)模型”之下，構(gòu)筑成大千世界（圖3）。

“標(biāo)準(zhǔn)模型”預(yù)言了62種基本粒子的存在，這些粒子基本都已被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，而希格斯玻色子是最后一種未被發(fā)現(xiàn)的基本粒子。因此，尋找該粒子，被比喻為尋找粒子物理學(xué)領(lǐng)域的“圣杯”。（新華網(wǎng)）

科技點(diǎn)評:粒子物理學(xué)的“圣杯”究竟有多美？

追求完美無疑是人類的天性之一。希格斯玻色子這一粒子物理學(xué)的“圣杯”是如此之完美，使得自英國科學(xué)家彼得·希格斯于上世紀(jì)60年代預(yù)言其存在之后，人類便開始對它孜孜不倦地尋找。盡管漫漫40余年來人類的很多努力都已宣告徒勞，但這依舊沒有改變?nèi)祟悓ふ宜男拍睢?

“圣杯”的現(xiàn)實(shí)之美，在于它完美地解釋了物質(zhì)質(zhì)量之源，進(jìn)而完美地支撐起了整個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)模型”的理論大廈。“圣杯”的抽象之美，在于它標(biāo)志著人類在探索物質(zhì)構(gòu)成之謎的道路上樹立了一座豐碑，進(jìn)而將幫助人們看到微觀世界的終極美景。

在現(xiàn)有科技條件下，各種加速器是人類尋找希格斯玻色子的最佳實(shí)驗(yàn)裝置。伴隨著能級(jí)越來越高的各種加速器相繼建成，人們對發(fā)現(xiàn)“圣杯”的期望也越來越大。即將于今年投入運(yùn)行的歐洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對撞機(jī)，其單束粒子流能量將達(dá)７萬億電子伏特，在成為迄今最為強(qiáng)大的加速器的同時(shí)，也將人類發(fā)現(xiàn)“圣杯”的期望激發(fā)至最高。

有了更好的探尋工具，發(fā)現(xiàn)“圣杯”的可能性就越大，這樣的邏輯并沒有錯(cuò)。而且，還有越來越多的間接證據(jù)使研究者相信希格斯玻色子存在。例如，“標(biāo)準(zhǔn)模型”中預(yù)言的其他粒子已經(jīng)逐一被發(fā)現(xiàn)。此外，希格斯玻色子假說本身比較完善，為尋找這種神秘粒子指出了方向。

但是另外一個(gè)簡單的邏輯是：希格斯玻色子是在假設(shè)的前提下出場的，它是否存在迄今依然未知。即便有，也未必就一定能發(fā)現(xiàn)。這樣的事實(shí)可能令人沮喪，但我們并不該因此而回避這一事實(shí)。而且實(shí)際上，“標(biāo)準(zhǔn)模型”并非是唯一的有關(guān)理論體系，早有科學(xué)家另行提出了“超對稱理論”、“弦理論”等等。

確實(shí)，科學(xué)在很多時(shí)候都會(huì)展現(xiàn)出完美的一面，但完美卻不能成為主宰科學(xué)的法則。我們承認(rèn)，有了希格斯玻色子，“標(biāo)準(zhǔn)模型”將會(huì)更完美，人類對物質(zhì)世界的認(rèn)知將會(huì)前進(jìn)一大步。但即便沒有希格斯玻色子，我們?nèi)祟惿娴氖澜缫膊粫?huì)因此而變得不完美，也不會(huì)妨礙未來人類另辟蹊徑繼續(xù)探尋物質(zhì)世界的奧秘。

追尋科學(xué)“圣杯”是無數(shù)科學(xué)家虔誠的目標(biāo)，但我們確信，科學(xué)家們并非是對“圣杯”本身保持虔誠，他們的虔誠，只屬于追尋科學(xué)真理本身。（新華網(wǎng)）

新聞鏈接：歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)數(shù)據(jù)“之最”

自從1980年“大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）”的構(gòu)想首度出現(xiàn)以來，歷經(jīng)近30年，這一“世界上最大的機(jī)器”終于從夢想成為現(xiàn)實(shí)，即將于今年全部建成并投入運(yùn)行?，F(xiàn)擷取一些有關(guān)它的數(shù)據(jù)“之最”，記錄如下（圖4）：

１、世界上最大的機(jī)器：“大型強(qiáng)子對撞機(jī)”不僅是世界上最大的粒子加速器，而且也是世界上最大的機(jī)器。它位于瑞士、法國邊境地區(qū)的地下100米深的環(huán)形隧道中，隧道全長26.659公里。

２、地球上最快的“軌道”：如果“開足馬力”，數(shù)以百萬計(jì)的粒子將在環(huán)形隧道內(nèi)以每秒11245圈的速度“狂飆”，約等于光速的99.99％。

３、太陽系中最“空曠”的地方：為避免粒子流與氣體分子發(fā)生碰撞，粒子流都在超高真空的“通道”內(nèi)運(yùn)行，其間如同星際空間一樣“空曠”，氣壓僅為10的負(fù)13次方個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，只有月球上大氣壓的10％。

４、最熱與最冷的機(jī)器：大型強(qiáng)子對撞機(jī)是個(gè)既極端熱又極端冷的機(jī)器。當(dāng)兩束粒子流對撞的時(shí)候，碰撞點(diǎn)將產(chǎn)生極端高溫，可以達(dá)到太陽中心溫度的10萬倍。而與之形成鮮明對比的是，由于采用了超流體氦冷卻等手段，對撞機(jī)中粒子運(yùn)行的加速腔在工作時(shí)的溫度僅為零下271.3攝氏度（1.9開），比遙遠(yuǎn)的太空還要冷。

５、全球最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：大型強(qiáng)子對撞機(jī)上進(jìn)行的每一個(gè)大型試驗(yàn)一年所獲得的數(shù)據(jù)，可以刻滿十萬張雙層DVD。為了對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，世界各地成千上萬名科學(xué)家都參與進(jìn)來，他們所使用的數(shù)萬臺(tái)甚至數(shù)十萬臺(tái)計(jì)算機(jī)借助分布式計(jì)算網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)）聯(lián)合在一起，這也構(gòu)成了全球最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。（新華網(wǎng)）

美國老人發(fā)現(xiàn)鹽水能燃燒

美國一名63歲的老人偶然發(fā)現(xiàn)，鹽水在特定的環(huán)境中也能燃燒。這位63歲的老人名叫康伊斯。2003年，康伊斯被確診患有白血病，因?yàn)轭A(yù)見到化療會(huì)損傷身體，他決定尋找能殺死癌細(xì)胞的更好方法。于是康伊斯發(fā)明了自己的射頻發(fā)生器，它是一種能產(chǎn)生射頻并把射頻聚集在一起的機(jī)器。康伊斯試圖用這臺(tái)機(jī)器殺死癌細(xì)胞。當(dāng)他把射頻發(fā)生器對準(zhǔn)盛有海水的一根試管時(shí)，水面爆出了火花。于是康伊斯進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，他點(diǎn)燃了一張紙巾，當(dāng)水進(jìn)入射頻發(fā)生器的通道時(shí)，將燃燒的紙巾與水面接觸，結(jié)果鹽水發(fā)生劇烈燃燒，甚至點(diǎn)燃了試管，而且在射頻發(fā)生器工作時(shí)試管一直保持著燃燒狀態(tài)，火焰的溫度可達(dá)華氏3000度。

賓夕法尼亞州立大學(xué)的化學(xué)家們證實(shí)，康伊斯的試驗(yàn)結(jié)果是真實(shí)的。

科學(xué)家們解釋說鹽水被點(diǎn)燃與氫存在密切關(guān)系。在通常情況下，鹽水是一種性質(zhì)穩(wěn)定的氯化鈉、氫和氧的混合物。康伊斯的射頻發(fā)生器打亂了這種穩(wěn)定性，破壞了鹽水中化學(xué)物質(zhì)作用在一起的紐帶，并產(chǎn)生了可揮發(fā)的氫分子，射頻發(fā)生器的熱量起到了引燃作用，于是鹽水燃燒起來（圖5）。

用鹽水替代汽油給汽車提供動(dòng)力從理論上說是可行的，但是目前還存在一系列無法克服的困難。首先，氫氣燃料不穩(wěn)定，揮發(fā)性強(qiáng)，點(diǎn)燃后容易發(fā)生爆炸。其次射頻發(fā)生器的設(shè)計(jì)還存在缺陷，當(dāng)射頻發(fā)生器制造出穩(wěn)定燃燒的氫氣火焰時(shí)，它運(yùn)作時(shí)所需的能源比能產(chǎn)生的能源還要多，從這個(gè)角度講，由鹽水燃燒產(chǎn)生的能源不能稱之為動(dòng)力源泉，射頻發(fā)生器也就很難成為真正可行的能源制造機(jī)器。（中國網(wǎng)）