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探讨大脑-遗传基因-宇宙之间的秘密,“2018国际高能物理大会”在首尔举行

探讨大脑-遗传基因-宇宙之间的秘密,“2018国际高能物理大会”在首尔举行

Posted July. 06, 2018 07:37   

Updated July. 06, 2018 07:37

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研究宇宙的结构和根本的生成原理的1300多名物理学者在首尔齐聚一堂。这是为了参加本月4日至11日在首尔江南区Coex举行的“国际高能物理学学术大会”(ICHEP 2018)。他们对宇宙提出了什么疑问,又是如何解决这些疑问的?最近,宇宙论和物理学专家们所关注的难题大致可以分为三种。

○ 最不可思议的宇宙组成粒子—中性微子

 有人表示,解释宇宙结构和运作原理的现存最完美、精巧的理论是“标准模型”。该模型中,除形成宇宙的物质和重力以外的所有力量都由17种基本粒子负责。如果要说其中最不可思议的粒子的话,那就是中性微子(Neutralino)。

 中性微子一共有三种,都是在太阳中形成。目前,在我们的身体上每横竖1厘米的空间,每秒数百亿个中性微子会以接近光的速度通过。但是,三种中性微子有时会出现“变身”,具备互相改变种类的奇妙性质。这就是所谓的“中性微子振动”现象。日本东京大学宇宙飞船研究所所长梶田隆章等人经过10多年的观测后,于20世纪90年代末确认了这一现象的存在,并获得了2015年诺贝尔物理学奖。

 但至今仍有未解之谜存在。梶田隆章表示:“与中性微子的其他性质全都相同,但唯独电的性质(电荷)相反的粒子。即,‘反中性微子’是否会展现出同样的振动现象,成为了最近学术界的话题。”这一现象在阐述为何宇宙初期反中性微子等反粒子大部分都消失了,而只留下了我们知道的普通粒子时,是非常重要的一点。梶田隆章表示:“观测并不怎么难,希望能在几年内解开谜团。”

○ 暗物质和暗能量的存在

 我们目前所看到和接触到、以及研究的宇宙不到宇宙整体的5%。剩下的95%都是不知道其真实身份,且无法预测的未知的物质和能源。我们将它们称为“暗物质(Dark Matter)”和“暗能量(Dark Energy)”。暗物质约占宇宙的27%,是产生强大的重力的根源。据推测,暗物质在宇宙初期对形成银河或宇宙的构造起到了很大作用。

 暗物质的真面目迄今为止还没有查明。世界最大的粒子加速器—欧洲粒子物理研究所(CERN)的前所长罗弗迪特•霍伊尔在2012年发现标准模型的最后基本粒子“上帝粒子”希克斯粒子后在接受记者采访时曾强调表示,“CERN的下一个目标无疑将是暗物质。

 理论物理学家们已经提出了几种候选粒子。最有力的是已故李辉昭博士首次提出概念的“微弱地产生相互作用的重粒子”WIMP、熙大学客座教授金镇庆理论化提出的“Axion”。包括两人所在的韩国基础科学研究院(IBS)在内,多个国家的实验物理团队正在进行验证实验。

○ 标准模型那边的“新一代标准模型”

 精准解释宇宙的“几乎所有的一切”的标准模型被称为“人类智慧的金字塔”。但是该模型现在还没有完成。重力、暗物质、暗能源等难题大部分都无法通过标准模型进行很好的解释。因此,有关改善这些不足之处的“下一代标准模型”在此次ICHEP中也成为了十分重要的讨论主题。

 作为下一代标准模型候选而最被广泛研究的“超对称理论”。根据超对称理论,可以通过标准模型进行解释的粒子只有整体的一部分而已,而与其形成对称的对称粒子也被追加存在于宇宙之中。将纸张对折,将一半上上染料后再折,就会形成只有方向相反,其他特点都相同的对称粒子画,同理粒子也同样存在着另一半。在这些粒子中部分是暗物质WIMP的候补。在该理论中,希克斯粒子不是一个而是有很多。传达重力的粒子也包括在内。

 若想用实验直接验证暗物质、超对称理论的话,需要花很长的时间。因为只有在像宇宙初期一样非常高的能量(高能量)状态下才有可能。像“大型强子对撞机(LHC)”等现存的最强力的粒子加速器也无法提供如此高的能量。正如庄子所说的“燕雀安知鸿鹄之志(出自《庄子•逍遥游》)”那样,居住在低能量领域的我们迄今为止为无法全部了解宇宙所蕴含的巨大的秘密。但是在ICHEP,高能物理学家们正在讨论科学加速器科学。总有一天人类能自由运用宇宙初期的能量,因为有希望稍微接近秘密的宇宙的期待的存在。


尹申英=东亚科学记者 ashilla@donga.com