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引用 撼动未来物理学发展的十大顶尖科学实验   

2013-11-23 09:27:59|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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撼动未来物理学发展的十大顶尖科学实验。

 

科学探索 来源:腾讯科学

 
 

希格斯玻色子的发现可能开启了另一个混乱的物理学前景

 

  据国外媒体报道,当欧洲核子研究中心的科学家在去年7月宣布他们发现了希格斯玻色子后,目前粒子物理的时代似乎结束了,科学家找到了万物的质量之源,是标准模型的最后一块拼图。但事实也许不是这样,希格斯玻色子的发现使得粒子物理学前进的领域似乎一片混乱,加州理工学院物理学家玛丽亚认为这是一个谜一样的局面,接来下几年内,新的实验将指向暗物质、中微子性质、希格斯粒子的性质探索等。

 

 

ALTAS和CMS升级能量后将调查希格斯玻色子与暗物质之间的关系

 

  ALTAS和CMS是大型强子对撞机的两个关键实验,目前工程师正在对探测器进行升级,到2015年之后才可能重新启动,芝加哥大学粒子物理学家大卫·米勒认为两大探测器在希格斯玻色子探索过程中发挥了重要作用,科学家希望看到奇异粒子的线索,有些存在于超对称理论所预言的范围之内。事实上,ALTAS和CMS无法看到真正的希格斯玻色子,即我们只探索到希格斯玻色子衰变后的夸克、反夸克或两个光子等,粒子物理学家玛利亚认为希格斯粒子可能会变成真正很奇怪的东西,比如像一个暗物质粒子,大型强子对撞机升级后的数据可以告诉科学家希格斯玻色子与暗物质之间存在何种关系,如果我们发现了,那就开辟一个全新的物理学。

 

 

美日中微子探测器将在未来数年获得进展

 

  美国国家费米实验室NuMI离轴中微子实验(NOvA)和日本领导的T2K中微子国际合作组是目前探索中微子的前沿任务,中微子几乎没有质量,其属性可能也超出科学家的预想之外,阿贡国家实验室的物理学家莫里古德曼认为接下来的实验将对μ介子等粒子的行为进行研究,我们目前确定的质量范围在电子质量100亿分之一以下。费米实验室中微子束发射后经过810公里的路程抵达明尼苏达州阿什河附近的探测器,而日本的中微子通道跨度为295公里,T2K中微子项目已经运行了数年,有望在2014年采集数据。

 

 

暗物质粒子是希格斯玻色子之后的下一个科学目标

 

  图中显示的装置是否有种密集恐惧症的感觉?这实际上是暗物质探测器的组成部分,科学家至今不清楚暗物质粒子是什么,但其产生的引力效应却影响整个全宇宙的星系(团),近些年,暗物质探测取得了一定的成效,科学家正在通过直接探测手段寻找暗物质,可能是我们的仪器灵敏度还不够,或者根本忽视了细微的痕迹,LUX探测器最近发布了第一次运行结果,但事实情况是没有解决任务问题,反而使得暗物质更加神秘。欧洲科学家试图通过EURECA计划重新建立粒子物理学的研究地位,希格斯玻色子之后的下一个目标就是暗物质。

 

 

锗探测器阵列等探测器将探索是否具有反中微子

 

  处于地下1400米深的锗探测器阵列(GERDA)由意大利格兰萨索国家实验室运行,在最近公布的结果显示,探测器并没有发现“无中微子双β衰变”,对这一问题的研究可以发现宇宙为什么由物质构成的谜团,或者说宇宙本应该是由何种物质组成,科学家希望通过实验了解中微子与反中微子的性质是否相同,或者说中微子是否拥有反粒子,这个结论也可以反推出早期宇宙的粒子环境,比如中微子衰变后产生的物质是否比反物质粒子还多。

 

 

短期中微子震荡BoreXino实验将探索中微子基本性质

 

  意大利国家核物理研究院(INFN)正在进行短期中微子震荡BoreXino实验(SOX),项目投资达到35亿欧元,研究过程将在将在INFN的Gran Sasso 国家实验室(LNGS)进行,科学家旨在发现中微子的基本性质。物理学家莫里古德曼认为中微子比我们想象的要复杂,最近的一个例子就是我们发现中微子反应器流出中微子,但科学家错过了对这些中微子进行探测的机会,因此下一步将把中微子探测器非常接近反应堆,然而这是否是一个新的类型粒子呢,中微子性质的调查将发现更加有趣的现象。

 

 

科学家已经把南极当成中微子探测的绝佳场

 

  南极冰立方中微子探测器是一个最为“疯狂”的中微子研究计划,科学家想要寻找的是太阳系之外的中微子起源,该探测器在2010年左右完成,宇宙中微子流现在是个较大的探索方向,比如强大能量释放的天体事件,伽玛射线暴发等都会产生高能量的中微子,但探测器还没有捕捉到奇怪的粒子行为,科学家还试图建造覆盖面积达1000立方公里的中微子网,可覆盖南极罗斯冰架,发现能量更高的中微子。

 

 

长基线中微子实验曾经发现中微子具有一定的质量

 

  长基线中微子实验探测器位于南达科他州一处煤矿中,中微子束来自1300公里外的费米国家实验室,科学家试图探测三种不同类型的振荡模型,项目耗资达到150亿美元,因此该项目面临资金的问题,日本超级神冈曾经发现了中微子振荡的明显证据,进一步推测中微子具有一定的质量,现行基本粒子标准模型里中微子的质量通常被近似零来处理,因此长基线中微子实验将对中微子振荡和一些中微子现象进行研究。

 

 

国际直线对撞机将产生更多的希格斯玻色子

 

  高光度大型强子对撞机(HL-LHC)将在升级到极大提升能量,达到30 TeV,是当前能量提供的三倍以上,科学家预计到2020年会对粒子物理学产生重大的推动作用,尤其是国际直线对撞机(ILC)能够产生大量的希格斯玻色子,科学家可以通过该平台探测到该粒子的基本属性,其预计在2016年开工建设,10年后完成。

 

 

暗能量主导的下的宇宙加速膨胀机制是什么

 

  20世纪结束时最意外的发现之一就是暗能量,科学家发现暗能量主导下的宇宙膨胀现象,但是物理学家依然没有发现是什么导致了加速膨胀,暗能量看似是一个巨大的线索,暗能量调查(DES)项目将对3亿个星系和10万个星系团进行调查,弄清楚大尺度结构如何随时间的变化而变化,暗能量在宇宙演化历史上扮演着何种地位,埃伯利望远镜暗能量实验(HETDEX)也将研究早期宇宙的星系行为,调查暗能量之谜。

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