超越“上帝粒子”,美国粒子物理学正在走向死亡

时间:2023-12-12 02:39:04

超越“上帝粒子”

LHC的研究成果让人们认为,美国粒子物理学正在走向死亡,但这种说法有夸大其词之嫌。

撰文唐·林肯(Don Lincoln)

超越“上帝粒子”,美国粒子物理学正在走向死亡

物理学家发现“上帝粒子”!自从位于日内瓦附近的大型强子对撞机(LHC)开始公布数据以来,这句话便成了一条常见的新闻标题。现在,科研人员已变得更为谨慎,并且对安在希格斯玻色子头上的这一可笑名称持完全否认的态度,但是我们仍认为,LHC在2012年夏天的确发现了一种新粒子。

LHC的研究工作获得的另一个共识是:作为上个世纪全球物理学界领跑者的美国已将火炬交到欧洲手中,以及美国粒子物理学研究工作注定要走下坡路。但是,这一共识并没有强有力的证据来支持。美国仍然是粒子物理学界的领跑者,美国物理学家决心让这一领跑优势保持下去。

可以肯定的是,有关希格斯玻色子源源不断的新传奇,是建立在来自LHC的数据的基础之上,而LHC主要由欧洲提供资助。即便如此,每一篇科研论文仍必须要由美国物理学家点头认可才行。产生这些结果的,是超环面仪器(ATLAS)实验和紧凑渺子线圈(CMS)实验,它们的规模很大,范围广泛,有全球6,600名物理学家参加,其中有1,700名来自美国96所大学、国家实验室和其他科研机构。美国科学界并没有放弃粒子物理学的研究工作。

你也不应该认为,上述1,700名科学家正在迁往欧洲。总的来说,这些物理学家仍将长住美国。虽然某些时段我们可能会飞赴欧洲,但是我们仍会回到我们在美国的家中并继续在美国的研究工作。在美国费米实验室兆电子伏特加速器(正负质子对撞机)鼎盛时期,上述情况正好反转过来。来自欧洲、亚洲和其他各大洲的科学家来到美国中部地区,工作一段时间后又乘机回家。粒子物理学研究早已是一项全球性事业,科学家会前往拥有他们所需科研设备的实验室工作。科学家们你来我往飞来飞去的这种工作方式一直延续到今天。

粒子物理学研究工作转移到欧洲主要是经济方面的原因。安装任何一台大型设备都需要耗费大量资金,并且主办国或主办地区都将获得这样的回报:研究设施坐落于其境内。要运行一个大型加速器需要工程师、程序员、技术人员和为他们提供资助的许多企业。考虑到这样一个大项目所带来的经济影响,主办国承担其中大部分的投资是完全合理的,因为这笔钱毕竟是投资于当地经济。经过多年的建造,LHC大约花费了100亿美元。这笔钱主要用于购买和安装必需的组件,以进行想要做的实验。美国为LHC和探测设备的建造投入了5.31亿美元,这是相当大的一笔款项,却只占其总费用的5%左右。

虽然美国物理学家在努力从事LHC的研究工作,但是他们在美国也拥有令人振奋的实验工作,其中一些实验才刚刚处于起步阶段。例如,在美国从事各种各样基础科学问题研究的众多国家实验室中,费米实验室的唯一使命是研究一些重大的宇宙问题。由于LHC的存在以及费米实验室的预算经费在过去几年中不断减少,在美国建造一台能量高到足以超越LHC的新型高能加速器的希望正变得越来越校不过,费米实验室一直在推进一种动态研究议程,研究中微子的行为,探索μ子行为的细节问题,研究暗物质和能量,改善和提升现有加速器性能,以及加大对未来加速器技术的研发力度。

上述工作不仅仅是填空补缺式的研究工作。如果美国不从事这类研究,其他国家也会进行这些实验,因为这些问题对于增进我们对宇宙的了解来说是至关重要的。事实上,费米实验室的这些高强度实验将能探测在更高能量的LHC上无法观测到的现象,并且将吸引世界各地的研究人员。

这并不是说我们对美国粒子物理学的未来前景充满希望。美国能源部对粒子物理学研究的预算经费持续下调已达10年之久,美国2008年的经济衰退加快了这一下调速度,并且华盛顿持续的政治动荡也使经济复苏充满了不确定性。

物理学家提出的关于宇宙起源和现实世界本质方面的问题,已使思想家们困惑了很久很久。在美国,我们将继续研究这些重大问题,并且我们希望解决其中的一些问题。(翻译詹浩)