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上帝粒子HIGGS的前生今世(2)
热度 72 隔壁家的二傻子 2011-12-24 14:57
上帝粒子HIGGS的前生今世(2)
上帝粒子 HIGGS 的前生今世( 2 ) 借上帝粒子 HIGGS 的东风,本系列关于【 粒子物理近代百年史 】的科普博文开篇就得到科学网隆重推荐,并得到广大物理学爱好者的热情褒奖,二傻喜洋洋! 首先谢谢大家捧场!应大家要求,二傻就继续了啊。。。 对于新来的没看过第一篇的朋友,二傻强烈建议最好先去看完第一篇再回来哦? 上帝粒子HIGGS 的前生今世(1 ) 话说上回,在【唯物 唯象的还原论】这种思想的指导下,人类对世间缤纷复杂万物后面 【简单 美】 的信念,经过了如下几个认识阶段: (1) 远古时代的【原子】论(德谟克利特) --- 万物都由一种不可分的原子( ATOM )构成,所谓 ATOM ,其原意就是“不可分”的意思。 (2) 19 世纪初的近代【原子】论(道尔顿) --- 人类长期的化学探索,发现构成各种物质(分子)的原子其实远不止一种!随着时间的推移,人类目前已经发现的元素竟然有 120 多种!( REF :门捷列夫的元素周期表) (3) 哎?世界上竟然有这么多种“原子”啊?正当人们为物质世界的基础重新变得复杂、从而对其最初的哲学信念(即: 【简单 美】应该是自然的一个基本属性 )产生一些怀疑的时候,在 20 世纪初,人们及时发现了【电子】【质子】和【中子】!而元素周期表中所有一百多种复杂而不同的【原子】(元素),其实都是由这三种【基本粒子】构成的!( 泡利在此基础上,加上他的【泡利不相容原理】,对元素周期表做出了完美的解释,这是他获得 1945 年诺贝尔奖的主要原因 )。。。人们由此重拾对上帝或自然界【简单 美】的坚定信念! (4) 如上一篇所述,这样由【电子】【质子】和【中子】构成的“简单”世界并没有持续太长时间。人们在宇宙射线以及高能加速器中,又陆陆续续发现了各种太多新奇的粒子。。。出于对【简单 美】这种已经被历史“证明”是相当成功的信念,人们进一步的探索发现,【质子】【中子】以及其它许多新发现的粒子并不“基本”,而是由更底层的所谓【夸克】复合而成的。 物质结构与构成的简化示意图 目前,我们相信,构成宇宙万物的基本 “ 砖块 ” 如下: 万物都是由【夸克】家族和【轻子】家族这些不同的 “ 砖块 ” 构成的。 以前所知道的【质子】【中子】【介子】以及乱七八糟的【奇异子】等,都只是【夸克】的不同组合,通称为【强子】。 而【电子】【 μ 子】【 τ 子】以及它们各自对应的【中微子】是独立于夸克家族的,被称为【轻子】家族。 标准模型中的基本粒子家谱 二傻在此最好将上图解释一下,否则大家对一大推“子”容易发晕。 (1) 构成万物的基本“砖块”,是左边的所谓【费米子】家族,而费米子家族包括【夸克】家族和【轻子】家族。不同【夸克】可以复合成不同的【强子】(如:【质子】【中子】【介子】【奇异子】等)。物质的基本“砖块”,即所谓【费米子】,是自旋为半整数的基本粒子!这样才能受到【泡利不相容原理】约束,这些“砖块”才不会挤在一起, 我们的物质世界才不会 “ 垮塌 ”! (2) 右边那四个,是将这些“砖块”粘合在一起(能够传递各种相互作用“力”)的那些东东,叫做【玻色子】。它们的自旋是整数的、不受【泡利不相容原理】约束,所以能够发生【玻色 - 爱因斯坦凝聚】:即在一个空间点上允许存在无数多个【玻色子】。。。所以,将“砖块”粘合在一起的“力”,原则上允许无穷大! 我们这个世界才不会 “ 散架 ” ! 关于这几个【玻色子】都是些啥东东,请大家耐心往下看便是。。。 (3) 而最底层的就是那个著名的【 HIGGS 】。。。 大家先别急!这部分将在第( 3 )集再细讲哦? 大家千万不要以为人类发现这些东东,就象一层层打开“俄罗斯套娃”那样简单直接哦?关于构成万物的基本“砖块”的任何理论,都必须同时考察它们之间的相互作用“力”以及这些相互作用“力”的规律。否则,这些理论根本无法解释这些“砖块”到底是如何互相勾结并“搭建”成我们所观察到的丰富多彩的宏观世界! 俄罗斯套娃 事实上,正如在物理学历史上所真切发生的那样,在人类所认识到的 “基本粒子”表 和 “相互作用力”表 之间,始终存在着密切而且微妙的关系。。。 下面我们就顺着对于【力】这个概念,简单整理一下人类认识的历史轨迹: 【力】这个东东,其实是人们通过在日常生活中的各种【感性认识】而得到的一种【抽象概念】 --- 举物,手臂需要用“力”;爬山,腿脚需要用“力”;人在地上有“重力”,而人在水中有“浮力”;两块兽皮摩擦会产生“电力”,而天然磁石之间又有“磁力”。。。。。。至于这些“力”到底是啥?它们之间的关系如何?人们其实并不清楚!( 希望科学网上至少没人会把“魅力”也当作一种“力”吧?哈哈! ) 人类对【力】第一次有了一种科学的系统的理论认识的,应该算是【牛顿】的万有引力! --- 凡是带有【质量】的东东,它们之间都存在一种【引力】,其相互作用规律就是牛顿的万有引力定律!牛顿的发现,确确实实让人们感到自己窥视到了一点点【上帝(自然)之美】! 牛顿在自己家构造了一个太阳系模型,十分精致! 有朋友到访,看到此模型,大为惊叹:“呀!如此精妙的模型,谁造的?” 牛顿曰:“天然的!” 朋友不信:“如此美妙的东东,怎可能是天然的?” 牛顿又曰:“那,比这更精妙万倍的真实的太阳系,为啥就是天然的呢?” 人类对【力】第二次重要的飞跃性认识,应该是各种【化学力】的发现! 如前述,人类在日常生活中,早就“感觉”到了各种“力”:除了能远距离感受到的重力(万有引力)之外,还有许多近距离的诸如浮力、摩擦力、空气阻力、将各种物质黏合在一起的“粘合力”、用手推物体的“体力”、煮水时出现的“蒸汽压力”,等等等等。。。 在【道尔顿】新原子(分子)论出现之后,人们渐渐认识到这些乱七八糟的各种“力”,其实都是组成物质的各种中性【分子】之间所存在的一种【短程力】的后果,这种短程力被称为【范德瓦尔斯力】。而将不同【原子】粘合成【分子】的,则是各种各样复杂的短程【化学键(力)】。 人类对【力】第三次最重要的飞跃性认识,应该归功于【麦克斯韦】! 如前述,远古的人类就知道两块兽皮摩擦会产生“电力”,而天然磁石之间又有“磁力”,还有天上老会出现吓人的“雷电力”。。。 经过无数天才的努力,人类终于在【麦克斯韦】这里达到了认识的巅峰! 至此,人类认识到:【电力】和【磁力】其实是同一种力【电磁力(相互作用)】的不同表现,甚至【光】都是一种【电磁波】!( 这段科学史极其精彩,它对现代工业的影响、包括对 20 世纪相对论、量子力学以及规范场理论的理论贡献,都完全需要另文专著! 二傻窃以为:如果中微子“超光速”被证实,人类很可能要回到麦克斯韦理论,重新开始漫长而艰难的探索旅程。。。那时候,估计【尼古拉 - 特斯拉】的一些封存理论可以公诸于世了。。。嘿嘿! ) 人类对【力】第四次重要的认识,就是在 19 世纪末 20 世纪初【电子】和【原子结构】被发现之后。由于带正电的【原子核】与带等量负电荷的【电子】们在原子中的“整体电中性”,当两个原子相距很远的时候,它们之间是没有【电磁相互作用】的;但是,由于正电荷与负电荷在原子内部分布的不均匀(原子核集中在中心狭小区域,而多个电子在外围广阔空间游荡),当两个原子相距很近的时候,这种不均匀的电荷分布就会产生一些“剩余”的电磁力外泄 --- 这便是所有所谓【化学键】和【范德瓦尔斯力】的起源! 至此,人类终于将无数乱七八糟林林总总的“力”,归结为两种基本的相互作用 : 【1】 万有引力相互作用 【2】 电磁相互作用 其它所有的“力”,都是这两种相互作用的不同层次的表现而已!真伟大! MY GOD ! IT’S REALLY PERFECT ! 大家先别急着叫好!在继续往下讲之前,二傻觉得必须暂停一下。 也许应该先把几个重要的“物理图像”澄清清楚为好,否则后面还是容易犯迷糊? 首先,【力】必须是有“力源”的!对吧? 【万有引力】的“力源”就是【质量】;【电磁力】的“力源”就是【电荷】。 其次,【力】的传递是需要“媒介”的,对吧? 哎?那个谁说了:万有引力就不需要媒介,是一种【超距作用】! 哎?哪个谁又说了:俺知道所有力的媒介都是【以太】! 哈哈!这些大概是【牛顿】和【笛卡尔】说的吧? 都啥时候的事了! 还记得我们讲到目前这个阶段,已经是啥年代了吗? 已经是 20 世纪初了嘢!爱因斯坦的相对论已经出来了嘢!哈哈! 长话短说,由于老爱的狭义相对论说了:“超光速不允许存在!” 关于【力】的传递是需要“媒介”的这个“假说”,反正成为了现代物理学的基本共识!只是我们比以前的【以太说】更进步的地方在于: 不同的“力”需要不同的“媒介”来传递,我们把它们称为【场】 --- 传递万有引力的叫【引力场】, --- 传递电磁力的叫【电磁场】 OK ? MY GOD ! IT’S REALLY WONDERFUL ! 大家先别急着欢呼!还有个重要概念没讲呢。 还记得我们讲到目前这个阶段,已经是啥年代了吗? 已经是 20 世纪初了嘢!【量子力学】已经出来了嘢!哈哈! 在量子力学创建初期,人们就发现电磁场必须是【量子化】的!就是说原来连续的【电磁波】必须被看成一个个量子化的【光子】才行!否则无法用伟大的【麦克斯韦方程组】来完美解释【黑体辐射】的功率谱,也无法解释【光电效应】( 爱因斯坦没有因为【相对论】得诺奖,却因为【光电效应】得了诺奖。。。这部分内容亦是极为精彩,需要另文详细解说 ) 另外,大家还记得【狄拉克】吗? 就是试图把【相对论】和【量子力学】结合在一起并预言了【反电子】的那个? 从狄拉克开始,又是一大堆天才(包括 Feynman 、 Schwinger 、朝永振一郎等)的共同努力,终于成功地将【(狭义)相对论】、【量子论】和【麦克斯韦的电磁场理论】结合在一起了,结果就是人类目前最最伟大的理论之一:【量子电动力学】!(简称 QED )。。。其对于【精细结构常数】的理论计算与实验测量之间的误差,据说目前达到了吓人的小数点之后 十几 位!!! 哎?哪个谁说了:二傻是不是跑题了啊?什么乱七八糟的! 哈哈!其实二傻正要讲一个重要概念。 那就是, 在【量子电动力学】获得巨大成功之后,物理学家们渐渐建立起了这么一个基本图像: 所有传递【相互作用力】的【场】,其实都是有其相应的【场量子】在实施传递作用的! 对于【电磁场】而言,这个【场量子】就是【光子】! ( 对于【引力场】而言,它就是【引力子】。。。这是后话,麻烦较多,暂且按下不表 ) 好了!可以继续了。。。 在继续之前,大家千万记住以下几个概念或图像哦: ( 1 )【力】的出现是有源的,其源为【荷】(电荷、质量) ( 2 )【力】的传递是有媒的,其媒为【场】(电磁场、引力场) ( 3 )【场】的作用是量子化的,其作用传递子为【场量子】(光子、引力子) MY GOD ! IT’S REALLY INCREDIBLE ! 大家是否还记得,在这之后,人类又预言且发现了啥新东东? --- 【β衰变】中的【中微子】! --- 宇宙射线中的各种【π介子】【μ子】【 τ 子】和【奇异子】! 这些新东东,显然无法用以前人类所知道的【万有引力】或【电磁相互作用】得到合理的解释! 先不谈【β衰变】。。。 大家还记得【盖 - 曼】对于宇宙射线中各种新发现的粒子提出的【夸克】假说吧?就是说:原先以为最基本的【质子】【中子】(包括【介子】和【奇异子】们)其实并不基本!它们都是由更基本的底层粒子【夸克】们复合而成的!为了解释实验观测到的种种现象,人们猜测应该有如下六种“味道”的【夸克】 : 上夸克 u 、下夸克 d 、奇异夸克 s (盖 - 曼最初预言的) 糜夸克 c 、底夸克 b 、顶夸克 t (后来补充的) 比如: 【质子】就是由三个【夸克】( uud )复合而成的; 【中子】也是由三个【夸克】( ddu )复合而成的。 这些夸克的名字不重要!其实就是乱起的! (比如:【Charm】夸克,中国人就有叫【糜夸克】或 【魅夸克】或 【灿夸克】或【璨夸克】或【婵夸克】的。。。嘿嘿!) 重要的是它们的性质! 而且千万别忘了,本篇的主题是讲【相互作用力】的哦? 让我们直接进入本节的主题 : 【质子】是带 1 个电荷的,对吧?【中子】是电中性的,对吧? 如果它们都是由三个不同夸克复合而成,那么, 【夸克】应该是带 1/3 或 2/3 电荷(或正或负),对吧? 好!问题出来了! 由于电荷之间存在“同性相吸、异性相斥”的【电磁力】,那些同样的【夸克】是如何被“粘合”在小小的【质子 (uud) 】或【中子 (ddu) 】里面的呢??? 一定存在一种比【电磁力】更强的【力】,才能将【夸克】们粘合起来! 这种新的【力】,就叫【强力】!(强相互作用) 现在让我们回过头再复习一下刚才所说的关于【力】的几大通用要素: ( 1 )【力】的出现是有源的,其源为【荷】(如:电荷) ( 2 )【力】的传递是有媒的,其媒为【场】(如:电磁场) ( 3 )【场】的形式是量子化的,其作用传递子为【场量子】(如:光子) 那么,【强力】的“源”、“媒”和“子”都是啥呢? 我们称之为: ( 1 )【强力】的出现是有源的,其源为【色荷】 ( 2 )【强力】的传递是有媒的,其媒为【强场】(亦称【胶子场】) ( 3 )【强场】的形式是量子化的,其作用传递子为【胶子】 由此,物理学家们模仿【量子电动力学 QED 】建立起了【量子色动力学 QCD 】。 只是 QCD 要比 QED 复杂很多! 比如: 【电荷】只有两种:或正或负; 而【色荷】却要求有六种:红、绿、蓝(模仿三原色起的名字),和它们的反色。 【光子】只有一种; 而【胶子】却要求有 8 种! 哇塞!真复杂! 可惜即使到现在,我们也还没有谈到【β衰变】吧? 这便要涉及到另外一种【力】 --- 【弱力】(弱相互作用)。。。 1896 年,贝克勒( A. H. Becquerel )发现铀的放射性; 1897 年,卢瑟福( E. Rutherford )和约瑟夫 · 汤姆孙( J. J. Thomson )通过在磁场中研究铀的放射线偏转,发现铀的放射线有带正电,带负电和不带电三种,分别被称为 α 射线, β 射线和 γ 射线,相应的发出 β 射线衰变过程也就被命名为【 β 衰变】。 经过许多人的努力,包括在 1930 年预言了【中微子】的泡利、在 1934 年首先建立了【中子 β 衰变理论】的费米、以及 1958 年费曼和盖尔曼与马尔萨克和苏达珊两组理论家几乎同时提出的 “V - A” 理论,改进了费米理论。。。。。。 简言之,在【 β 衰变】过程中,实际上发生的事情是原子核中的一个【中子】变成了【质子】,同时放出【电子】和【中微子】。 在当时的那个年代,这意味着什么? 这意味着存在一种新的【力】,它完全不同于已知的【万有引力】和【电磁力】。 它能在原子核内,将【中子】变成【质子】! 这种新的短程【力】,人们称之为【弱力】(弱相互作用)。 在【强子】的【夸克】模型建立起来后,人们对这种【弱力】的性质就更加清楚了: 由于【中子】是 udd 夸克的复合粒子,在 β 衰变发生时,中子( udd )内的一个下夸克 d 在释放一【 W 玻色子】后,随即衰变成一上夸克 u ,于是中子( udd )就变成了质子( uud )。随后 W 玻色子衰变成一个电子及一个中微子。 于是乎,按照前述关于力的通用规则,对于这种能引起【夸克】改变其“种类”(学名叫【味】)的【弱相互作用(力)】: 其“源”(弱荷)乃称做“味”(就是夸克的 6 个种类: u,d,s,c,b,t ); 其“场”自然就叫“弱相互作用场”; 其“子”自然就叫“弱相互作用玻色子”。。。 OK ? 对【弱相互作用】的后续研究,引发了上世纪后半页真正伟大的东东。。。( 再往下就要涉及诸多真经了!所谓的上帝粒子 HIGGS 和伟大的规范场理论都要出场了。。。二傻准备在本系列的第 3 集再深入讨论之 ) 总结一下,到目前为止,人类以为: 【 结论 1 】世界上所有的物质,都是由【费米子】“砖块”复合而成的,这些“砖块”包括【夸克】家族和【轻子】家族。 【 结论 2 】将各种“砖块”粘合在一起的,是各种【玻色子】,这些【玻色子】其实是各种相互作用力场的量子化作用“传递子”。 【 结论 3 】世界上的所有相互作用(力场),无论是宏观的还是微观的,都可以归结为四种基本相互作用(我们把其“源”、“场”和“子”一并写出)如下: l 万有引力(质量、引力场、引力子) l 电磁相互作用(电荷、电磁场、光子) l 弱相互作用(味荷、弱矢量场、弱矢量玻色子) l 强相互作用(色荷、胶子场、胶子) 大家晕菜了吧?这么复杂? 数数我们现在有多少种“基本粒子”(还不包括万有引力) : (1) 作为“砖块”的【费米子】:有 6 种【味道】的夸克,每种味道的夸克又可以有三种不同【颜色】,这就有 18 种夸克!再加上 6 种轻子,我们共有 24 种“砖块”! (2) 作为“粘合剂”的【玻色子】: 1 种光子、 3 种弱玻色子、 8 种胶子,我们共有 12 种“粘合剂”! 哎?哥们!总共有 36 种“基本粒子”嘢?! 是不是有点太多了啊?! 怎么离最初那个所谓的 【 上帝之简单 美 】 越来越远了呢?! 哈哈!看来是 【 YANG-MILLS 规范场理论 】 隆重登场的时候了。。。 欲知后事如何?请听下回分解! 【特别快讯】 美国每日新闻网站12月22日报道:伯明翰大学和兰开斯特大学的研究人员,在分析【LHC】的ATLAS实验数据后,确信发现了标准模型所预言的一种新粒子【chi b (3P)】,它是由一个【底夸克】和一个【反底夸克】构成的中间玻色子,类似最早发现的【π介子】。。。
个人分类: 科学探索|20003 次阅读|241 个评论
关于“上帝粒子”的简单常识
jarry413 2011-12-15 17:17
粒子是什么 基本粒子 指人们认知的构成物质的最小最基本的单位。但在 夸克理论 提出后,人们认识到基本粒子也有复杂的结构,故现在一般不提“基本粒子”这一说法,而直接说粒子。 最早发现的是电子 质子 中子 ,后来发现更多,有不同层次的分类,有不同作用力性质的分类。 他们有哪些属性 各种粒子分别有各自的 内禀性质 ,有粒子的 质量 m ( 静质量 ,以 能量 表示)、 寿命 τ (平均寿命,指静止系的平均寿命)、 电荷 Q (以质子的电荷为单位)、 自旋 J (以为单位)、 宇称 P 、 同位旋 I 、同位旋第 3 分量 I3 、 重子数 B 、 轻子数 Le 、、 Lr 、 奇异数 S 、 粲数 C 、 底数 d 等等。 粒子怎么被发现 现在科学家利用粒子加速器 加速 一些粒子,有时候用粒子 相撞 的方法,来研究基本粒子。在粒子层面上对他们的自身规律、相互作用的测量,通过对他们行为(及某些属性)的检测来确认该粒子。 怎么算被发现 各种粒子在客观世界肯定无处不在,当实验检测到一种物质具有新的特点,就认为发现了一种粒子同时认识了它的性质。实验检测和粒子反应的层面都是很小的。 什么叫暗物质 以上说的发现主要是通过 电磁波 等人类能够掌握的手段进行的,宇宙有些物质人类还无法通过现在的实验方法(现在主要以电磁方法)来观测,因为他们自身不发射电磁辐射,也不与电磁波相互作用。但是为什么他们存在呢,因为人们目前通过 引力产生的效应 得知。而这些物质蕴涵的能量称为暗能量。通过引力效应还可以估算他们的总量。 研究结果 根据发现结果,得到粒子分族特性表,该表处于不断的发展中。粒子层次下的相关理论的总结、验证。 研究的意义 认识世界,从更深的层次认识构成世界的是什么,起源是什么,终点是什么。将认识到的规律应用于人类的产品制造(或潜在应用价值)如, 研制下一代 量子计算机 。 主要研究机构 欧洲核子研究中心 (CERN) 、北京正负对撞机。 上帝粒子是什么粒子   希格斯玻色子 是由英国人彼得 · 希格斯等物理学家在 1964 年提出的一种基本粒子,被认为是物质的质量之源,因此被称为 “ 上帝粒子 ” 。 当代粒子物理学标准模型理论预言有 62 种基本粒子存在,希格斯玻色子是唯一尚未被发现的粒子。 “上帝粒子”的性质 宇宙大爆炸时,所有粒子以光速飞行,所以都没有静止质量,因为存在一种特殊粒子与他们作用让他们速度减慢产生质量,这种特殊粒子就是“上帝粒子”。希格斯根据一些知识预言其存在,但一直没有监测到,全世界最先进的欧洲核子研究中心在研究怎么通过其外在行为来发现它。 “上帝粒子”研究的最新进展 该机构最新的数据表明,可能已经发现了它。我刚看新闻看到了, http://news.sohu.com/20111215/n329066428.shtml 。这也是我为什么为了扩展你的知识面而整理的这个文档,希望对你认识科学的有帮助。
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[转载]上帝粒子HIGGS的前生今世(1)(zhuanzai)
oaiwqiyao 2011-12-15 12:29
上帝粒子 HIGGS 的前生今世( 1 ) 最近全球科学界正在发生两件真正的大事: 【1】 中微子被发现有超光速的迹象。 【2】 HIGGS 上帝粒子被发现有存在的迹象。 第一件大事,可以动摇爱因斯坦【相对论】的基础!百年来的物理学可能要重写! 第二件大事,可以基本确认【标准模型】的可靠性!于是乎,近半世纪以来粒子物理学的理论基础【规范场理论】( Yang-Mills 理论)可以得到非常坚实可靠的“实证”地位,其地位将完全可以媲美爱因斯坦的时空协变性和量子力学的波函数解释。 对于第一件大事, 99% 的物理学家不相信(或者,更确切地说,不希望)它会被证实,否则,大家的江湖地位不保。。。犹如发生暴力革命一般,原先的华尔街精英,都要开始重新学习如何养猪种地。。。 对于第二件大事,希望其结果为阳性或阴性的物理学家的比例估计是一半对一半,其中希望 HIGGS 存在的应该是年龄较大的一批。。。虽然霍金年龄也不小,他却不希望 HIGGS 存在,因为他本人对标准模型毫无贡献可言! 关于第一件大事,二傻以为,其结果为阳性的概率,与“ 光速目前已经变大 ”的概率,是差不多大(小)的。。。如果真的发生“超光速”了,估计目前尚活在世界上的所有诺贝尔物理学奖获得者,都必须赶紧自己去解释其原因何在了。。。有些诺贝尔奖可能要被要求退回也没准?嘿嘿! 关于第二件大事,象二傻这样在寺院外看门扫地的,倒也允许评论几句。 所谓【标准模型】到底啥意思?所谓【 HIGGS 】到底啥东东? 简单地说,【标准模型】本质上是关于世界上所有物质的构成的一种【唯象 唯物】模型。(与之相对应的是类似古希腊的【土、气、火、水】理论和中国的【阴阳】和【金木水火土】等【形而上学】理论) 人类对世界上的物质形态多样性一直很迷惑!通过金属冶炼和炼金术探索(化学反应),人们却又隐隐约约觉得在物质的多样性后面,似乎隐藏着一些共性!而对这些共性的探索,大致分化出两种思路: 一种是【还原论】:认为物质的表观复杂性,来源于其结构的复杂性,而组成各种复杂结构的一定是有下一层更基本的元素!而这些元素应该是不太复杂的。(这便是所谓【唯象 唯物】的所谓科学理论。) 另一种则是【关系论】:认为物质(甚至包括事物)的表观复杂性,来源于其关系的复杂性,而组成各种复杂关系的一定是有一些基本的关系的不同组合而形成!而这些基本的关系应该是不太复杂的。(这便是所谓【形而上学】如《易经》诸如此类的理论) 这两种思路,从古到今,都一直有人在研究。。。 二傻不知道最终哪个方向是赢家! 到目前为止,唯象 唯物的还原论,在科学上占了绝对上风。。。只因为其成就斐然! 下面将是对【科学的唯物唯象的还原论】非常简要的历史回顾。 即便是简要的“近代百年史”回顾,却也有几条独立并行的线索,需要话分三头说。 【话分三头说之第一头】 大约 2500 年前,【德谟克利特】就提出了【原子论】,认为所有物质都是由一种看不见、摸不着而且不可分的【原子】构成。。。后来, 19 世纪初【化学】的发展,【道尔顿】的新原子论和【门捷列夫】的元素周期表,一直到目前都是我们化学工业的基础。。。 然后,对原子(元素)这个所谓不可分层次的突破线索,突然就奇迹般偶然出现了: 1896 年,【贝克勒尔】发现了【放射性】! 1897 年,【汤姆逊】发现了【电子】! 这些新的观测事实说明,所谓物质最基本构成的【原子】,并不是不可分的! 于是,大家很想知道【电子】这个东东在【原子】中到底是如何存在的? 1911 年,【卢瑟福】巧妙的【α粒子散射实验】,发现了原子的基本结构:原来【原子】中心有个质量很大而尺寸很小的【原子核】,电子在其外面的广阔空间里转悠呢。。。( 如果当时没有几乎是同时发现的【放射性】,即高能【α粒子】这个大自然提供的天然探索工具,那么原子结构的发现可能要推迟许多年 )。 1918 年,【卢瑟福】用【α粒子】轰击氮原子,发现可以打出【氢原子核】,却没有更小的东东了!这就是所谓【质子】。然后为了解释实验中的动量能量电荷守恒问题,他又预言了一种不带电但质量和质子一样大的【中子】,而【原子核】就是由【质子】和【中子】构成的!。。。这个不带电而且容易衰变因而很难被探测到的【中子】,后来,被【查德威克】在 1932 年发现了! 【卢瑟福】的成功,特别是不带电【中子】的发现(由于不带电,没有库仑力,【中子】可以轻易打入原子核,引发裂变),激发了人们疯狂的【原子核】轰击实验!于是加速器开始建造,从 1930 年第一台回旋加速器建成开始,到 1995 年美国拒绝为超级超导对撞机 SSC 继续投资,再到目前欧洲的大型强子对撞机 HHC 的高调运行, 大多数物理学家都变成了巨型加速器工厂的设计工程师和数据分析员 。。。(希望俺师兄不要生气哦? ) 欧洲大型强子对撞机 HHC 的照片 【话分三头说之第二头】 在有一拨人拼命轰击原子核想知道里面到底还有啥东东的时候,另一拨人却开始了精细研究 --- 想知道电子在原子核周围的具体分布和运动行为到底是怎样的?有层次吗?象太阳系吗?云云云云。。。这个问题从【玻尔】开始,经过无数天才的共同努力,终于在 1920 年代末期成就了【量子力学】理论! 其中的代表人物包括:普朗克、德布罗意、泡利、玻恩、海森堡、薛定谔、狄拉克。。。( 由于此部分内容过于丰富,而且大家都略知一二,二傻拟以后另文细谈 ) 【话分三头说之第三头】 老爱!大家把老爱忘了吗? 20 世纪初,正当科学的主流在轰轰烈烈地探索物质基本构成和结构的同时,一个大脑袋上长着一头乱发的专利局年轻职员,却在偷偷研究物质存在于其中的【时间与空间】的性质!。。。唉?他竟然成了!【爱因斯坦】的【狭义相对论】,让无数英雄尽折腰!( 由于此部分内容过于丰富,而且大家都略知一二,二傻拟以后另文细谈 ) 世界牛人合影的照片 前面,二傻【话说三头】,希望大家没有被弄糊涂: (1) 第一头:物质的基本构成和结构; (2) 第二头:物质基本构成(基本粒子)的运动规律; (3) 第三头:对物质所“存在于其中”的时间、空间和质量等“背景”内涵的理解。( 由于相对论将质量与时空弯曲视为一个东东,原来作为粒子内秉性质的质量,好像也可以当作“背景“的一部分??? ) 在 20 世纪初期的新思想、新发现大爆炸时期,是个人就能发现点重要的东东,如大民科【德布罗意】等。。。但是,唯有通晓三头的天才,才能做出些留名几十年的东东!其中一个最主要的人物就是【狄拉克】!他花费了很多心血,试图将量子力学与狭义相对论统一起来。结果他不仅从数学上解释了泡利所说的粒子【自旋】假说的必要性,而且预言了【反电子】的存在!这个预言的【反电子】很快就在 1931 年被发现了。(现在我们相信,所有构成物质的粒子(费米子),都是有其反粒子的) 同样在 1931 年,泡利开始研究另外一种放射性【β衰变】,实验发现该过程中的系统的动量、能量和角动量不能同时守恒!为了维持物理学最重要的基石【守恒律】,泡利设想:如果在【β衰变】中有一种未知粒子, 它没质量、不带电,却带有能量和角动量 ( 二傻注:真是胆大包天!简直与民科无异! ),那么三个【守恒律】就都能同时满足了。这个东东,就是著名的【中微子】,其实人们直到 1960 年代才找到其存在的证据! 然后,在 1934 年,【汤川秀树】为了解释将众多质子和中子紧密结合在小小的原子核中的那种神秘而强大的力量(因为它必须能克服质子之间的库仑排斥力),借助量子电磁场理论中【电磁相互作用是交换虚光子】的图像,他假设了一种能传递强大核力的【介子】概念。。。 然后第二次世界大战爆发了! 前面人类已经掌握的关于原子和原子核的知识,却已经足够用来制造原子弹了! 二战结束后,人们对原子核结构的强烈兴趣继续发酵。由于预言中传递核力的【介子】的质量很大,而当时的加速器能量太小,不足以发现它。于是,人们开始求助于天然实验室【宇宙射线】,因为人们早知道宇宙射线中存在大量能量极高的粒子,而能够显示宇宙射线粒子运动轨迹的【云雾室】成为当时最重要的研究设备。 人类历史上巨大的发现往往是【涌现】出来的!不知道这在【科学学】的研究中是否得到过一些令人信服的说法?除了 1920 年代量子力学爆发过这种现象,在 1947 年,这种惊人的涌现再次出现了!(二傻注:希望与罗克韦尔事件无关哦? ) 首先,人们终于从宇宙射线中找到了汤川秀树在 1934 年预言的【π介子】存在的证据! 而且,人们还在宇宙射线中发现了数量更多的所谓【μ子】以及质量巨大的【 TAO 子】,它们除了质量更大而且会衰变,其它性质与【电子】一模一样! 物理学家们晕菜了:大自然为何需要不同类型的“电子”呢? 更稀奇的是,通过分析云室中那些奇特的 V 型轨迹和 K 型轨迹,人们还发现宇宙射线中也存在大量与质子、中子性质相近的所谓【奇异子】! 物理学家们更晕菜了:大自然为何需要不同类型的“质子或中子”呢? 在此之前,人们相信自己对宇宙万物的构成已经很清楚:万物皆由【质子】【中子】【电子】以及它们的反粒子构成,最多再包括一个与【β衰变】有关的怪异的【中微子】(狄拉克在 1931 年猜测的,直到 1960 年才被发现其存在的证据)。 现在突然发现在宇宙射线中存在这么多莫名其妙的新粒子,使得人们开始怀疑原先以为的构成万物的所谓基本粒子【质子】【中子】【电子】其实不是基本的,或许它们本身也是由其它更为基本的基本粒子复合而成的? 在此大背景下,盖曼( M. Gell-Mann )首先提出:也许,所有的核物质(当时只有【质子】【中子】、汤川秀树的【介子】和新发现的所谓【奇异子】)都是由更底层的三种基本粒子构成的,他把它们叫做【夸克】,分别是【上夸克】【下夸克】【奇异夸克】(和它们的反物质对应)。质子、中子由三个夸克构成,而介子由两个夸克构成,而各种新发现的奇异子也都是这些夸克的不同组合。( 中国当时也有物理学家提出【层子】模型,也是类似于【夸克】这样的底层模型建构尝试,后来由于多种原因,无疾而终。 ) 盖曼的夸克模型,并非一开始就得到大家的一致认同。但是,盖曼在 1964 年预言了一种由三个【奇异夸克】构成的粒子,后来被称作【Ω子】,真的被发现了! 至此,夸克模型得到科学界的广泛认可!(恰如门捷列夫的元素周期表,直到其中空缺的 3 个元素镓、鍺、鈧在 20 世纪初被发现之后,才得到科学界的认可一样。) 于是,构成宇宙万物的“砖块”又一下子变得简单明了了: 万物都是由【夸克】家族和【轻子】家族这些不同的“砖块”构成的。 以前所知道的【质子】【中子】【介子】以及乱七八糟的【奇异子】等,都只是【夸克】的不同组合, 通称为【强子】 。 而【电子】【μ子】【 TAO 子】以及它们各自对应的【中微子】是独立于夸克家族的,被称为【轻子】家族。 仅仅知道构成世界万物的各种不同基本“砖块”显然是不够的!因为我们还必须了解这些“砖块”之间的相互作用(力)规律。而人类对这两部分的探索从来就是纠缠在一起共同发展的。 欲知后事如何,请听下回分解! 最近全球科学界正在发生两件真正的大事: 【1】 中微子被发现有超光速的迹象。 【2】 HIGGS 上帝粒子被发现有存在的迹象。 第一件大事,可以动摇爱因斯坦【相对论】的基础!百年来的物理学可能要重写! 第二件大事,可以基本确认【标准模型】的可靠性!于是乎,近半世纪以来粒子物理学的理论基础【规范场理论】( Yang-Mills 理论)可以得到非常坚实可靠的“实证”地位,其地位将完全可以媲美爱因斯坦的时空协变性和量子力学的波函数解释。 对于第一件大事, 99% 的物理学家不相信(或者,更确切地说,不希望)它会被证实,否则,大家的江湖地位不保。。。犹如发生暴力革命一般,原先的华尔街精英,都要开始重新学习如何养猪种地。。。 对于第二件大事,希望其结果为阳性或阴性的物理学家的比例估计是一半对一半,其中希望 HIGGS 存在的应该是年龄较大的一批。。。虽然霍金年龄也不小,他却不希望 HIGGS 存在,因为他本人对标准模型毫无贡献可言! 关于第一件大事,二傻以为,其结果为阳性的概率,与“ 光速目前已经变大 ”的概率,是差不多大(小)的。。。如果真的发生“超光速”了,估计目前尚活在世界上的所有诺贝尔物理学奖获得者,都必须赶紧自己去解释其原因何在了。。。有些诺贝尔奖可能要被要求退回也没准?嘿嘿! 关于第二件大事,象二傻这样在寺院外看门扫地的,倒也允许评论几句。 所谓【标准模型】到底啥意思?所谓【 HIGGS 】到底啥东东? 简单地说,【标准模型】本质上是关于世界上所有物质的构成的一种【唯象 唯物】模型。(与之相对应的是类似古希腊的【土、气、火、水】理论和中国的【阴阳】和【金木水火土】等【形而上学】理论) 人类对世界上的物质形态多样性一直很迷惑!通过金属冶炼和炼金术探索(化学反应),人们却又隐隐约约觉得在物质的多样性后面,似乎隐藏着一些共性!而对这些共性的探索,大致分化出两种思路: 一种是【还原论】:认为物质的表观复杂性,来源于其结构的复杂性,而组成各种复杂结构的一定是有下一层更基本的元素!而这些元素应该是不太复杂的。(这便是所谓【唯象 唯物】的所谓科学理论。) 另一种则是【关系论】:认为物质(甚至包括事物)的表观复杂性,来源于其关系的复杂性,而组成各种复杂关系的一定是有一些基本的关系的不同组合而形成!而这些基本的关系应该是不太复杂的。(这便是所谓【形而上学】如《易经》诸如此类的理论) 这两种思路,从古到今,都一直有人在研究。。。 二傻不知道最终哪个方向是赢家! 到目前为止,唯象 唯物的还原论,在科学上占了绝对上风。。。只因为其成就斐然! 下面将是对【科学的唯物唯象的还原论】非常简要的历史回顾。 即便是简要的“近代百年史”回顾,却也有几条独立并行的线索,需要话分三头说。 【话分三头说之第一头】 大约 2500 年前,【德谟克利特】就提出了【原子论】,认为所有物质都是由一种看不见、摸不着而且不可分的【原子】构成。。。后来, 19 世纪初【化学】的发展,【道尔顿】的新原子论和【门捷列夫】的元素周期表,一直到目前都是我们化学工业的基础。。。 然后,对原子(元素)这个所谓不可分层次的突破线索,突然就奇迹般偶然出现了: 1896 年,【贝克勒尔】发现了【放射性】! 1897 年,【汤姆逊】发现了【电子】! 这些新的观测事实说明,所谓物质最基本构成的【原子】,并不是不可分的! 于是,大家很想知道【电子】这个东东在【原子】中到底是如何存在的? 1911 年,【卢瑟福】巧妙的【α粒子散射实验】,发现了原子的基本结构:原来【原子】中心有个质量很大而尺寸很小的【原子核】,电子在其外面的广阔空间里转悠呢。。。( 如果当时没有几乎是同时发现的【放射性】,即高能【α粒子】这个大自然提供的天然探索工具,那么原子结构的发现可能要推迟许多年 )。 1918 年,【卢瑟福】用【α粒子】轰击氮原子,发现可以打出【氢原子核】,却没有更小的东东了!这就是所谓【质子】。然后为了解释实验中的动量能量电荷守恒问题,他又预言了一种不带电但质量和质子一样大的【中子】,而【原子核】就是由【质子】和【中子】构成的!。。。这个不带电而且容易衰变因而很难被探测到的【中子】,后来,被【查德威克】在 1932 年发现了! 【卢瑟福】的成功,特别是不带电【中子】的发现(由于不带电,没有库仑力,【中子】可以轻易打入原子核,引发裂变),激发了人们疯狂的【原子核】轰击实验!于是加速器开始建造,从 1930 年第一台回旋加速器建成开始,到 1995 年美国拒绝为超级超导对撞机 SSC 继续投资,再到目前欧洲的大型强子对撞机 HHC 的高调运行, 大多数物理学家都变成了巨型加速器工厂的设计工程师和数据分析员 。。。(希望俺师兄不要生气哦? ) 欧洲大型强子对撞机 HHC 的照片 【话分三头说之第二头】 在有一拨人拼命轰击原子核想知道里面到底还有啥东东的时候,另一拨人却开始了精细研究 --- 想知道电子在原子核周围的具体分布和运动行为到底是怎样的?有层次吗?象太阳系吗?云云云云。。。这个问题从【玻尔】开始,经过无数天才的共同努力,终于在 1920 年代末期成就了【量子力学】理论! 其中的代表人物包括:普朗克、德布罗意、泡利、玻恩、海森堡、薛定谔、狄拉克。。。( 由于此部分内容过于丰富,而且大家都略知一二,二傻拟以后另文细谈 ) 【话分三头说之第三头】 老爱!大家把老爱忘了吗? 20 世纪初,正当科学的主流在轰轰烈烈地探索物质基本构成和结构的同时,一个大脑袋上长着一头乱发的专利局年轻职员,却在偷偷研究物质存在于其中的【时间与空间】的性质!。。。唉?他竟然成了!【爱因斯坦】的【狭义相对论】,让无数英雄尽折腰!( 由于此部分内容过于丰富,而且大家都略知一二,二傻拟以后另文细谈 ) 世界牛人合影的照片 前面,二傻【话说三头】,希望大家没有被弄糊涂: (1) 第一头:物质的基本构成和结构; (2) 第二头:物质基本构成(基本粒子)的运动规律; (3) 第三头:对物质所“存在于其中”的时间、空间和质量等“背景”内涵的理解。( 由于相对论将质量与时空弯曲视为一个东东,原来作为粒子内秉性质的质量,好像也可以当作“背景“的一部分??? ) 在 20 世纪初期的新思想、新发现大爆炸时期,是个人就能发现点重要的东东,如大民科【德布罗意】等。。。但是,唯有通晓三头的天才,才能做出些留名几十年的东东!其中一个最主要的人物就是【狄拉克】!他花费了很多心血,试图将量子力学与狭义相对论统一起来。结果他不仅从数学上解释了泡利所说的粒子【自旋】假说的必要性,而且预言了【反电子】的存在!这个预言的【反电子】很快就在 1931 年被发现了。(现在我们相信,所有构成物质的粒子(费米子),都是有其反粒子的) 同样在 1931 年,泡利开始研究另外一种放射性【β衰变】,实验发现该过程中的系统的动量、能量和角动量不能同时守恒!为了维持物理学最重要的基石【守恒律】,泡利设想:如果在【β衰变】中有一种未知粒子, 它没质量、不带电,却带有能量和角动量 ( 二傻注:真是胆大包天!简直与民科无异! ),那么三个【守恒律】就都能同时满足了。这个东东,就是著名的【中微子】,其实人们直到 1960 年代才找到其存在的证据! 然后,在 1934 年,【汤川秀树】为了解释将众多质子和中子紧密结合在小小的原子核中的那种神秘而强大的力量(因为它必须能克服质子之间的库仑排斥力),借助量子电磁场理论中【电磁相互作用是交换虚光子】的图像,他假设了一种能传递强大核力的【介子】概念。。。 然后第二次世界大战爆发了! 前面人类已经掌握的关于原子和原子核的知识,却已经足够用来制造原子弹了! 二战结束后,人们对原子核结构的强烈兴趣继续发酵。由于预言中传递核力的【介子】的质量很大,而当时的加速器能量太小,不足以发现它。于是,人们开始求助于天然实验室【宇宙射线】,因为人们早知道宇宙射线中存在大量能量极高的粒子,而能够显示宇宙射线粒子运动轨迹的【云雾室】成为当时最重要的研究设备。 人类历史上巨大的发现往往是【涌现】出来的!不知道这在【科学学】的研究中是否得到过一些令人信服的说法?除了 1920 年代量子力学爆发过这种现象,在 1947 年,这种惊人的涌现再次出现了!(二傻注:希望与罗克韦尔事件无关哦? ) 首先,人们终于从宇宙射线中找到了汤川秀树在 1934 年预言的【π介子】存在的证据! 而且,人们还在宇宙射线中发现了数量更多的所谓【μ子】以及质量巨大的【 TAO 子】,它们除了质量更大而且会衰变,其它性质与【电子】一模一样! 物理学家们晕菜了:大自然为何需要不同类型的“电子”呢? 更稀奇的是,通过分析云室中那些奇特的 V 型轨迹和 K 型轨迹,人们还发现宇宙射线中也存在大量与质子、中子性质相近的所谓【奇异子】! 物理学家们更晕菜了:大自然为何需要不同类型的“质子或中子”呢? 在此之前,人们相信自己对宇宙万物的构成已经很清楚:万物皆由【质子】【中子】【电子】以及它们的反粒子构成,最多再包括一个与【β衰变】有关的怪异的【中微子】(狄拉克在 1931 年猜测的,直到 1960 年才被发现其存在的证据)。 现在突然发现在宇宙射线中存在这么多莫名其妙的新粒子,使得人们开始怀疑原先以为的构成万物的所谓基本粒子【质子】【中子】【电子】其实不是基本的,或许它们本身也是由其它更为基本的基本粒子复合而成的? 在此大背景下,盖曼( M. Gell-Mann )首先提出:也许,所有的核物质(当时只有【质子】【中子】、汤川秀树的【介子】和新发现的所谓【奇异子】)都是由更底层的三种基本粒子构成的,他把它们叫做【夸克】,分别是【上夸克】【下夸克】【奇异夸克】(和它们的反物质对应)。质子、中子由三个夸克构成,而介子由两个夸克构成,而各种新发现的奇异子也都是这些夸克的不同组合。( 中国当时也有物理学家提出【层子】模型,也是类似于【夸克】这样的底层模型建构尝试,后来由于多种原因,无疾而终。 ) 盖曼的夸克模型,并非一开始就得到大家的一致认同。但是,盖曼在 1964 年预言了一种由三个【奇异夸克】构成的粒子,后来被称作【Ω子】,真的被发现了! 至此,夸克模型得到科学界的广泛认可!(恰如门捷列夫的元素周期表,直到其中空缺的 3 个元素镓、鍺、鈧在 20 世纪初被发现之后,才得到科学界的认可一样。) 于是,构成宇宙万物的“砖块”又一下子变得简单明了了: 万物都是由【夸克】家族和【轻子】家族这些不同的“砖块”构成的。 以前所知道的【质子】【中子】【介子】以及乱七八糟的【奇异子】等,都只是【夸克】的不同组合, 通称为【强子】 。 而【电子】【μ子】【 TAO 子】以及它们各自对应的【中微子】是独立于夸克家族的,被称为【轻子】家族。 仅仅知道构成世界万物的各种不同基本“砖块”显然是不够的!因为我们还必须了解这些“砖块”之间的相互作用(力)规律。而人类对这两部分的探索从来就是纠缠在一起共同发展的。 欲知后事如何,请听下回分解!
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上帝粒子的下辈子
kexqin 2011-12-15 12:16
上帝粒子的下辈子在哪里上演! 在这里,她一直离我很近,伸手可触,就是看不见!
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科研感悟:关键时刻,怎能睡觉?!
热度 41 xingzz 2011-12-15 11:03
科研感悟:关键时刻,怎能睡觉?!
今早上班来打开电脑,我与两位前学生张贺(马普核物理所博士后)和周顺(马普物理所/海森堡天体物理所博士后)的大作Impacts of the Higgs Mass on Vacuum Stability, Running Fermion Masses and Two-body Higgs Decays (arXiv:1112.3112)终于在高能物理预印本库中露脸了。此时距西欧核子中心ATLAS和CMS合作组发布关于寻找希格斯粒子的最新结果的时间(2011年12月13日晚9点,北京时间),已经整整过去了一天半。由于我这个带队的将军临阵脱逃,上床睡觉,导致了我们这篇论文晚出来一天,令我LRJ恨不能找个神父的忏悔小屋,诉说自己对上帝粒子的满腔怨气和悔悟之心。如此参与这么大的国际游戏,理论家们争先恐后地比赛出论文的速度和质量,在得到科研快感的同时,我们不能不总结经验和教训,那就是:关键时刻,怎能睡觉?! 大家都记得一则广告词:关键时刻,怎能感冒?!一对青年男女正处于从相识到热恋的转折点,其中女孩已经做好了KISS或者被KISS的准备,男生却在此柔情蜜意的关键时刻打了一个响彻云霄的大喷嚏,然后一脸讪笑地解释:对不起,我感冒了。仁慈的上帝,快让这厮从女孩的视线中消失吧。 这次关于炒作希格斯的大战,背景信息和实战情况是这样的: 1) 11月29日,我在科学网贴出了《围追堵截“希格斯”之战已进入生死关头》的雄文,告诉别人和自己,LHC那些心怀秘密的人快撑不住了。 2)12月5日,我的小师弟魏正涛博主在科学网贴出了《贺岁大片:发现上帝粒子》的快报,迅速把ATLAS和CMS实验所泄露出来的传言传到了我的耳朵里,立刻引起了我LRJ的警觉。 3)12月5日当晚,我给两位身在德国的前学生张贺与周顺写邮件,告诉他们LHC很有可能得到了希格斯粒子的蛛丝马迹,13日会有结果发布,建议我们以传言为出发点在标准模型中重新研究费米子质量从低能标到高能标的重整化群跑动行为,考察希格斯质量的影响。 4)周顺指出,如果希格斯质量真如传言所说的125GeV附近的话,标准模型的真空就会在某一高能标处不稳定,这是个严重的理论问题。张贺也快速查到了文献中的相关讨论。 5)我LRJ开玩笑说,真空稳定导致的能标截断,意味着规范相互作用“沙漠”的结束,新物理的“绿洲”出现了,这是好事。分分工,咱们干吧,争取在12月13日当夜把文章攒出来。 6)张贺是运行重整化群的好手,这部分数值计算由他承担。周顺快速学习了计算希格斯衰变分支比的软件包,并得到了看上去很美的数值图形。周顺基于张贺的note和初步结果整理出论文的初稿。我LRJ做的主要事情就是对初稿和结构作简化和浓化,并鼓励他们不要泄气,把该做的和能做的都做了。那几天我也很疲惫,很神经,这是大战来临之际指挥员的通病。 7)然后张贺告诉我们,12月13日ATLAS和CMS发布结果时,他将正在飞往斯德哥尔摩的飞机上,到了旅馆之后再开始运算,手提电脑会很吃力。我听了之后惋惜地对他们说,这都是上帝安排的。由于张贺出差,我们能否在13日当夜得到希格斯质量的确切信息后完成全部计算并把文章写出来发到网上,成为一个问号。 8)时间终于到了北京时间13日晚9点,西欧核子中心的报告会对全球网络直播,我这边却联不上网,甚为焦急。后来网络终于通了,我LRJ在断断续续中观看了ATLAS一半的报告和CMS的全部,结果证实了先前的传言,但却不令人兴奋。他们的结果都太初步了,谈不上是希格斯存在的证据(evidence),至多只能算迹象(hint)。这样的结果还值得连夜大动干戈吗? 9)周顺也对这个结果表示失望。不久张贺告诉我们他已到达斯德哥尔摩,问下一步怎么办。这时我犯了所有前线指挥官都不应该犯的低级错误,我说既然实验结果这么不令人鼓舞,我们不如明天再把文章贴出去。我觉得我LRJ不值得为希格斯熬夜了,当时已经是北京时间12点,我想上床睡觉了。最后我还虚伪地对他们说,由你们来决定,是今夜完成还是明天完成。宽厚仁慈的周顺马上说,你老人家先睡吧,我们今天折腾出一个版本,明早发给你,然后再送出。 10)说实话,那一夜我睡得还不错。14日上午,为了避免被打扰,我没有去办公室,而是在家开始工作。张贺和周顺已经很好地完成了他们的工作,我在他们的基础上把文章仔细修改了一遍,并发还给还在睡梦中的他们。当打开预印本库时,关于希格斯的论文如潮水般扑面而来。最令我纠结的是,Giudice和Strumia等当代俊才也计算了希格斯质量所引发的真空不稳定问题,他们的数值结果与我们的一致。彼时彼刻,我转身去抓后悔药,却两手空空。 11)于是乎我立即把我们的论文投到预印本库,然后写邮件向酣睡中的两位战友汇报了敌情,并向他们诚恳道歉。我心情沉重地说,昨晚我不应该临阵脱逃,上床睡觉,而是应该和你们一道坚持到天亮。那样的话,我们的论文就会早一天出来。尽管实验结果很初步,论文早一天出来还是晚一天出来并没有实质的意义,但是谁在竞争中甘当老二呀?当然,我们的文章还含有很多他们的文章不具备的东西,包括轻子和夸克在不同能标处的数值,以及希格斯粒子的所有重要二体衰变道的最新结果。所以我们的文章很有用,这是无疑的。 12)我还说,这个错误再一次证明了我的观点:科研和爱情一样,你一定要相信第一感觉,你一定要为坚持第一感觉而奋斗。既然我LRJ最初做出了正确的判断和布局,却在最关键的时刻动摇了军心,若是让蒋委员长知道了早被杀头了。我的道歉是真诚的,因为这件事表明我的确老了,往日的毅力和精神已经消失了很多。他们正如日中天,他们可以做得更好。 13)总之这是一场练兵,扣除种种客观原因和借口,我这个将军已经不合格了。即便不被送上军事法庭,告老还乡的日子已经不远了。其实我还是喜欢科研如战场的感觉,当年的“快手”老邢也算江湖中有名有姓的散人,我不希望太早失去这种自己选择的科研快乐。但是年纪不饶人,长江后浪推前浪,前浪注定要被拍死在沙滩上。我唯一感到安慰的是,学生们还给我一个面子,和我一起做了一个游戏,而且从中再次证明他们的确很优秀、很有战斗力。这种战斗精神,就是我的课题组的精神。如果有一天被学生们的浪潮拍死,那是导师们的莫大荣幸。
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上帝粒子HIGGS的前生今世(1)
热度 92 隔壁家的二傻子 2011-12-14 18:13
上帝粒子HIGGS的前生今世(1)
上帝粒子 HIGGS 的前生今世( 1 ) 最近全球科学界正在发生两件真正的大事: 【1】 中微子被发现有超光速的迹象。 【2】 HIGGS 上帝粒子被发现有存在的迹象。 第一件大事,可以动摇爱因斯坦【相对论】的基础!百年来的物理学可能要重写! 第二件大事,可以基本确认【标准模型】的可靠性!于是乎,近半世纪以来粒子物理学的理论基础【规范场理论】( Yang-Mills 理论)可以得到非常坚实可靠的“实证”地位,其地位将完全可以媲美爱因斯坦的时空协变性和量子力学的波函数解释。 对于第一件大事, 99% 的物理学家不相信(或者,更确切地说,不希望)它会被证实,否则,大家的江湖地位不保。。。犹如发生暴力革命一般,原先的华尔街精英,都要开始重新学习如何养猪种地。。。 对于第二件大事,希望其结果为阳性或阴性的物理学家的比例估计是一半对一半,其中希望 HIGGS 存在的应该是年龄较大的一批。。。虽然霍金年龄也不小,他却不希望 HIGGS 存在,因为他本人对标准模型毫无贡献可言! 关于第一件大事,二傻以为,其结果为阳性的概率,与“ 光速目前已经变大 ”的概率,是差不多大(小)的。。。如果真的发生“超光速”了,估计目前尚活在世界上的所有诺贝尔物理学奖获得者,都必须赶紧自己去解释其原因何在了。。。有些诺贝尔奖可能要被要求退回也没准?嘿嘿! 关于第二件大事,象二傻这样在寺院外看门扫地的,倒也允许评论几句。 所谓【标准模型】到底啥意思?所谓【 HIGGS 】到底啥东东? 简单地说,【标准模型】本质上是关于世界上所有物质的构成的一种【唯象 唯物】模型。(与之相对应的是类似古希腊的【土、气、火、水】理论和中国的【阴阳】和【金木水火土】等【形而上学】理论) 人类对世界上的物质形态多样性一直很迷惑!通过金属冶炼和炼金术探索(化学反应),人们却又隐隐约约觉得在物质的多样性后面,似乎隐藏着一些共性!而对这些共性的探索,大致分化出两种思路: 一种是【还原论】:认为物质的表观复杂性,来源于其结构的复杂性,而组成各种复杂结构的一定是有下一层更基本的元素!而这些元素应该是不太复杂的。(这便是所谓【唯象 唯物】的所谓科学理论。) 另一种则是【关系论】:认为物质(甚至包括事物)的表观复杂性,来源于其关系的复杂性,而组成各种复杂关系的一定是有一些基本的关系的不同组合而形成!而这些基本的关系应该是不太复杂的。(这便是所谓【形而上学】如《易经》诸如此类的理论) 这两种思路,从古到今,都一直有人在研究。。。 二傻不知道最终哪个方向是赢家! 到目前为止,唯象 唯物的还原论,在科学上占了绝对上风。。。只因为其成就斐然! 下面将是对【科学的唯物唯象的还原论】非常简要的历史回顾。 即便是简要的“近代百年史”回顾,却也有几条独立并行的线索,需要话分三头说。 【话分三头说之第一头】 大约 2500 年前,【德谟克利特】就提出了【原子论】,认为所有物质都是由一种看不见、摸不着而且不可分的【原子】构成。。。后来, 19 世纪初【化学】的发展,【道尔顿】的新原子论和【门捷列夫】的元素周期表,一直到目前都是我们化学工业的基础。。。 然后,对原子(元素)这个所谓不可分层次的突破线索,突然就奇迹般偶然出现了: 1896 年,【贝克勒尔】发现了【放射性】! 1897 年,【汤姆逊】发现了【电子】! 这些新的观测事实说明,所谓物质最基本构成的【原子】,并不是不可分的! 于是,大家很想知道【电子】这个东东在【原子】中到底是如何存在的? 1911 年,【卢瑟福】巧妙的【α粒子散射实验】,发现了原子的基本结构:原来【原子】中心有个质量很大而尺寸很小的【原子核】,电子在其外面的广阔空间里转悠呢。。。( 如果当时没有几乎是同时发现的【放射性】,即高能【α粒子】这个大自然提供的天然探索工具,那么原子结构的发现可能要推迟许多年 )。 1918 年,【卢瑟福】用【α粒子】轰击氮原子,发现可以打出【氢原子核】,却没有更小的东东了!这就是所谓【质子】。然后为了解释实验中的动量能量电荷守恒问题,他又预言了一种不带电但质量和质子一样大的【中子】,而【原子核】就是由【质子】和【中子】构成的!。。。这个不带电而且容易衰变因而很难被探测到的【中子】,后来,被【查德威克】在 1932 年发现了! 【卢瑟福】的成功,特别是不带电【中子】的发现(由于不带电,没有库仑力,【中子】可以轻易打入原子核,引发裂变),激发了人们疯狂的【原子核】轰击实验!于是加速器开始建造,从 1930 年第一台回旋加速器建成开始,到 1995 年美国拒绝为超级超导对撞机 SSC 继续投资,再到目前欧洲的大型强子对撞机 LHC 的高调运行, 大多数物理学家都变成了巨型加速器工厂的设计工程师和数据分析员 。。。(希望俺师兄不要生气哦? ) 欧洲大型强子对撞机 LHC 局部(ATLAS) 【话分三头说之第二头】 在有一拨人拼命轰击原子核想知道里面到底还有啥东东的时候,另一拨人却开始了精细研究 --- 想知道电子在原子核周围的具体分布和运动行为到底是怎样的?有层次吗?象太阳系吗?云云云云。。。这个问题从【玻尔】开始,经过无数天才的共同努力,终于在 1920 年代末期成就了【量子力学】理论! 其中的代表人物包括:普朗克、德布罗意、泡利、玻恩、海森堡、薛定谔、狄拉克。。。( 由于此部分内容过于丰富,而且大家都略知一二,二傻拟以后另文细谈 ) 【话分三头说之第三头】 老爱!大家把老爱忘了吗? 20 世纪初,正当科学的主流在轰轰烈烈地探索物质基本构成和结构的同时,一个大脑袋上长着一头乱发的专利局年轻职员,却在偷偷研究物质存在于其中的【时间与空间】的性质!。。。唉?他竟然成了!【爱因斯坦】的【狭义相对论】,让无数英雄尽折腰!( 由于此部分内容过于丰富,而且大家都略知一二,二傻拟以后另文细谈 ) 世界牛人合影的照片 前面,二傻【话说三头】,希望大家没有被弄糊涂: (1) 第一头:物质的基本构成和结构; (2) 第二头:物质基本构成(基本粒子)的运动规律; (3) 第三头:对物质所“存在于其中”的时间、空间和质量等“背景”内涵的理解。( 由于相对论将质量与时空弯曲视为一个东东,原来作为粒子内秉性质的质量,好像也可以当作“背景“的一部分??? ) 在 20 世纪初期的新思想、新发现大爆炸时期,是个人就能发现点重要的东东,如大民科【德布罗意】等。。。但是,唯有通晓三头的天才,才能做出些留名几十年的东东!其中一个最主要的人物就是【狄拉克】!他花费了很多心血,试图将量子力学与狭义相对论统一起来。结果他不仅从数学上解释了泡利所说的粒子【自旋】假说的必要性,而且预言了【反电子】的存在!这个预言的【反电子】很快就在 1931 年被发现了。(现在我们相信,所有构成物质的粒子(费米子),都是有其反粒子的) 同样在 1931 年,泡利开始研究另外一种放射性【β衰变】,实验发现该过程中的系统的动量、能量和角动量不能同时守恒!为了维持物理学最重要的基石【守恒律】,泡利设想:如果在【β衰变】中有一种未知粒子, 它没质量、不带电,却带有能量和角动量 ( 二傻注:真是胆大包天!简直与民科无异! ),那么三个【守恒律】就都能同时满足了。这个东东,就是著名的【中微子】,其实人们直到 1960 年代才找到其存在的证据! 然后,在 1934 年,【汤川秀树】为了解释将众多质子和中子紧密结合在小小的原子核中的那种神秘而强大的力量(因为它必须能克服质子之间的库仑排斥力),借助量子电磁场理论中【电磁相互作用是交换虚光子】的图像,他假设了一种能传递强大核力的【介子】概念。。。 然后第二次世界大战爆发了! 前面人类已经掌握的关于原子和原子核的知识,却已经足够用来制造原子弹了! 二战结束后,人们对原子核结构的强烈兴趣继续发酵。由于预言中传递核力的【介子】的质量很大,而当时的加速器能量太小,不足以发现它。于是,人们开始求助于天然实验室【宇宙射线】,因为人们早知道宇宙射线中存在大量能量极高的粒子,而能够显示宇宙射线粒子运动轨迹的【云雾室】成为当时最重要的研究设备。 人类历史上巨大的发现往往是【涌现】出来的!不知道这在【科学学】的研究中是否得到过一些令人信服的说法?除了 1920 年代量子力学爆发过这种现象,在 1947 年,这种惊人的涌现再次出现了!(二傻注:希望与罗克韦尔事件无关哦? ) 首先,人们终于从宇宙射线中找到了汤川秀树在 1934 年预言的【π介子】存在的证据! 而且,人们还在宇宙射线中发现了数量更多的所谓【μ子】以及质量巨大的【 τ 子】,它们除了质量更大而且会衰变,其它性质与【电子】一模一样! 物理学家们晕菜了:大自然为何需要不同类型的“电子”呢? 更稀奇的是,通过分析云室中那些奇特的 V 型轨迹和 K 型轨迹,人们还发现宇宙射线中也存在大量与质子、中子性质相近的所谓【奇异子】! 物理学家们更晕菜了:大自然为何需要不同类型的“质子或中子”呢? 在此之前,人们相信自己对宇宙万物的构成已经很清楚:万物皆由【质子】【中子】【电子】以及它们的反粒子构成,最多再包括一个与【β衰变】有关的怪异的【中微子】(泡利在 1931 年猜测的,直到 1960 年才被发现其存在的证据)。 现在突然发现在宇宙射线中存在这么多莫名其妙的新粒子,使得人们开始怀疑原先以为的构成万物的所谓基本粒子【质子】【中子】【电子】其实不是基本的,或许它们本身也是由其它更为基本的基本粒子复合而成的? 在此大背景下,盖曼( M. Gell-Mann )首先提出:也许,所有的核物质(当时只有【质子】【中子】、汤川秀树的【介子】和新发现的所谓【奇异子】)都是由更底层的三种基本粒子构成的,他把它们叫做【夸克】,分别是【上夸克】【下夸克】【奇异夸克】(和它们的反物质对应)。质子、中子由三个夸克构成,而介子由两个夸克构成,而各种新发现的奇异子也都是这些夸克的不同组合。( 中国当时也有物理学家提出【层子】模型,也是类似于【夸克】这样的底层模型建构尝试,后来由于多种原因,无疾而终。 ) 盖曼的夸克模型,并非一开始就得到大家的一致认同。但是,盖曼在 1964 年预言了一种由三个【奇异夸克】构成的粒子,后来被称作【Ω子】,真的被发现了! 至此,夸克模型得到科学界的广泛认可!(恰如门捷列夫的元素周期表,直到其中空缺的 3 个元素镓、鍺、鈧在 20 世纪初被发现之后,才得到科学界的认可一样。) 于是,构成宇宙万物的“砖块”又一下子变得简单明了了: 万物都是由【夸克】家族和【轻子】家族这些不同的“砖块”构成的。 以前所知道的【质子】【中子】【介子】以及乱七八糟的【奇异子】等,都只是【夸克】的不同组合, 通称为【强子】 。 而【电子】【μ子】 【 τ 子】 以及它们各自对应的【中微子】是独立于夸克家族的,被称为【轻子】家族。 仅仅知道构成世界万物的各种不同基本“砖块”显然是不够的!因为我们还必须了解这些“砖块”之间的相互作用(力)规律。而人类对这两部分的探索从来就是纠缠在一起共同发展的。 欲知后事如何,请听下回分解! 。。。 【补遗】: 回头看看,觉得对【自旋】的发现漏了一段比较重要的历史: 在量子力学创立的过程中,对原子光谱的实验是其理论最重要的检验证据。比如氢原子光谱。 后来,实验发现,在磁场中原子光谱有些奇怪的分叉。。。 1925年,荷兰莱顿大学的两个大学毕业生【古德斯米特】和【乌伦贝克】提出: 如果假设所有的电子都有一个角动量(自旋惯量),则磁场中的这种分叉就可以得到完美的解释。 泡利一开始极力反对这种“无稽之谈”! 后来,却很快成了坚定的的支持者!而且大大发展了那两个年轻学生的思想。 在研究氦原子(双电子系统)的过程中,他还提出了【泡利不相容原理】,并用其完美解释了元素周期表的规律性。 结果,1945年,泡利因此得了诺奖。 而那两个年轻学生没有得奖。。。(貌似有些不公正哦?嘿嘿!)
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[转载]上帝粒子”希格斯玻色子存在可能为真
sfw111 2011-12-14 16:38
综合报道,欧洲核子研究中心科学家在星期二(12月13日)表示,他们发现了希格斯玻色子存在的迹象,这种碎片有时被称为“上帝粒子”,因为它是宇宙中所有物质的质量之源。 但是欧洲核子研究中心的科学家们需要在未来几个月进行更多的实验,以便获得结论性证据。他们在实验中使用了位于法国和瑞士边界地区地下的大型强子对撞机。 希格斯玻色子由英国物理学家希格斯提出,被认为是物质获得质量的根源。然而,尽管外界寄望很高,但科学家们并未宣称已发现希格斯玻色子,其存在堪称半个世纪来物理学理论的依据。 与上周更为兴奋的一些猜测相比,他们的结果不那么清晰。“已看到一些诱人的迹象,”欧洲核子研究中心表示,“但它们还不够强有力,不足以宣告已发现希格斯玻色子。” 尽管如此,在出席一场报告会、看到迄今最迷人证据后,物理学家们仍激动不已。 希格斯玻色子被认为是建造宇宙的基本模块,是描述粒子和力相互作用的“标准模型”理论中最后一种尚未发现的粒子。 自20世纪60年代发展起来的所谓物理学标准模型,依赖于希格斯玻色子的存在,这是一种亚原子粒子,会与其它粒子碰撞,使一些粒子质量变大,一些粒子质量减轻——还有一些粒子则完全失去质量,形成我们今天所知的宇宙。 在欧洲核子研究中心大型强子对撞机工作的科学家分别以两个独立的实验寻找希格斯玻色子,这两个实验分别称为Atlas和CMS。 在欧洲核子研究中心星期二(12月13日)举行的一次研讨会上,两个实验小组的负责人宣布,他们在大致相同的124-125GeV的位置,也就是相当于130倍质子质量的位置上看到了数据“峰值”。 Atlas实验小组发言人贾诺蒂说,这也许是因为数据波动造成的,但也许是因为更为有趣的原因,现在不能排除任何可能。 一些科学家指出,尽管目前还没有得到结论性的实验结果,但是两个探测器都发现了少量过量的潜在衰变粒子,这与质量超过质子130倍的希格斯玻色子的存在相符。 英国曼彻斯特大学物理学家伦博尔德教授说,希格斯玻色子是否存在的发现不大可能成为一份圣诞礼物,但是物理学家完全可能在一年之内取得这项成果。
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LHC公布寻找上帝粒子的最新进展
热度 14 weicd2001 2011-12-14 12:40
昨天即 12 月 13 日,万众瞩目的 LHC 正式公布了寻找上帝粒子—希格斯的最新进展。现在可以说上个星期流传的小道消息(见本人的上一篇博文“贺岁大片:发现上帝粒子”)不是谣言,而是大片上演前的预告。 希格斯粒子,有时也翻译为黑格斯,它的重要性在于产生不对称的真空,从而使各种物质产生质量,即万物质量之源。位于欧洲核子研究中心( CERN )的大型强子对撞器( LHC )的首要目标是寻找它,如果它存在;或者排除它,如果不存在。LHC上寻找希格斯可能发生的情况是:(1)什么都没发现,这是最差的结果,很少人希望看到这样的现象发生。这将会对高能物理造成巨大的打击,因为不知道下一步该怎么走;(2)LHC上发现了希格斯粒子,并且是标注模型所预言的,那么希格斯将获得诺贝尔奖... (3)LHC上发现了新粒子,但不是标准模型预言的,则表明发现有新物理,并预示新的研究方向。 LHC 上主要参与希格斯研究的实验组有两个: ATLAS 和 CMS 。它们分别在质心系能量为 7 TeV 的质子 - 质子对撞中 积累了 5/fb 的数据,终于在圣诞节前夕给出了年终总结。 ATLAS 的主要结果如下: ATLAS 排除了 112-115GeV 以及大于 131GeV 的区域,希格斯质量只剩下 115-130GeV 的空间了。在 126GeV 附近发现超出本底有 3.6σ 的信号。按照国际惯例,超过 3σ 可以称为发现了,但由于整体的误差较大,尚不能完全肯定。 与 ATLAS 组的结果相比, CMS 组的结果更加不确定。 CMS 结果中比较明确的是排除了 127-600GeV 的区域,而在低能区域的信号尚不能完全确定其来源。同时在文章的附录里提到数据比较倾向于希格斯的质量是: mH=124 或 119.5 GeV 。 最后总结一下: LHC 的最新结果给出了希格斯粒子存在的迹象,但没有到板上钉钉的程度,还需要更多的实验数据。 在牛顿的经典著作《自然哲学的数学原理》中质量定义为物质的量,但是质量的起源是什么? 2012 年这个谜将被揭晓。如果找到希格斯例子,可能对理解标准模型中的问题如自然性、夸克轻子代的起源等提供新的线索。 LHC 实验的文章见: ATLAS : http://cdsweb.cern.ch/record/1406358 ; CMS : http://cdsweb.cern.ch/record/1406347?ln=en .
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[转载]欧洲科学家称一年内确定是否存在上帝粒子(图)
周少祥 2011-12-13 09:46
欧洲科学家称一年内确定是否存在上帝粒子(图) http://www.sina.com.cn 2011年12月13日08:08 新浪科技 微博 !-- div class="moduleParagraph" -- 希格斯-玻色子是否存在,要等到2012年才有答案。   新浪科技讯 北京时间12月13日消息,在近日于日内瓦举行的科学研讨会上,欧洲大型强子对撞机研究团队将报告他们对所谓的“上帝粒子”希格斯-玻色子探索的进展。科学家们对此充满期待,他们普遍看好研究团队能够于本周二拿出发现希格斯-玻色子存在的证据。不过,欧洲粒子物理研究所主任认为,现在的报告并非最后确定的结论。希格斯-玻色子是否存在,需要等到2012年才有答案。   希格斯-玻色子是人类理解宇宙的关键,此前在实验中从来没有探测到这种神秘粒子的存在。欧洲大型强子对撞机此前也没有记录到足够的证据,因此也无法形成正式的发现报告。希格斯-玻色子是欧洲大型强子对撞机的重要探索目标之一。欧洲大型强子对撞机Atlas和CMS两项实验分别独立地探测希格斯-玻色子。   近期,负责大型强子对撞机运行的欧洲粒子物理研究所科学家们对研究进展充满兴奋,因为有迹象表明他们已经接近发现神秘的希格斯-玻色子。Atlas实验资深科学家克里斯多夫-兰伯塞尔表示,“这是一个奇妙的时刻,你能够感受到大家的热情。”英国曼彻斯特大学科学家斯特凡-兰伯尔德将大型强子对撞机的发现成果定性为“意外”,“一年内,我们将能够知道希格斯-玻色子是否存在,但是现在它不可能作为圣诞演出的主角。发现希格斯-玻色子当然是一项伟大的发现,不过如果最终发现它并没有存在于理论预测的地方,那则是一项更伟大的发现。”   现有理论认为,希格斯-玻色子是一种基本粒子,是宇宙基本构件之一;它也是粒子物理学理论标准模型缺少的最后篇章。希格斯-玻色子能够解释为什么其他粒子拥有质量。宇宙大爆炸后开始冷却,一种被称为“希格斯场”的不可见力量及与其相关的玻色子一起形成。希格斯场赋予这种基本粒子以质量,从而形成原子。如果没有希格斯场,这些粒子将在宇宙中以光速到处飞行。   希格斯场的工作方式好比是摄影师和记者在围追一位明星。周围聚集的人群被明星强烈吸引,从而对明星在该空间内的活动形成阻碍。换句话说,是周围的人群赋予了明星的“质量”。   英国利物浦大学粒子物理学家塔拉-谢尔斯表示,“对于希格斯-玻色子,我们总是说用它来解释质量的来源。事实上,它真正的重要性体现在我们需要它来感知宇宙。发现希格斯-玻色子,将能够证实我们现在对宇宙的理解方式是正确的。”   最近一周多来,关于发现希格斯-玻色子的传言很多。有的物理博客称,Atlas和CMS两项实验已经在125吉电子伏特级上发现了希格斯-玻色子存在的迹象,且确定性为2.5到3.5个标准差。这些数字只代表了科学家看到希格斯-玻色子的可能性程度,可能只是偶然结果,并不代表由真正的物理学现象形成的结果。即使这些数字在周二得到证实,这也不足以表明欧洲粒子物理研究所能够得出确切结论。3个标准差代表“观测”,而5个标准差才被认为是“宣称取得发现的开始”。   事实上,欧洲粒子物理研究所主任罗尔夫-迪特尔-霍耶尔也承认,即使发表声明,也不是最后确定的结论。如果Atlas和CMS两项实验分别独立地在同一位置发现同一个信号,那将可能是一个真正的诱惑。然而,在公开场合,负责任的科学家应该这样说,确切的“是”或“否”都必须要等到2012年才能有答案。(彬彬) .icon_sina, .icon_msn, .icon_fx{ background-position: 2px -1px} .icon_msn {background-position: -25px -1px;} .icon_fx {background-position: -240px -50px;}
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[转载]圣诞节 见证上帝粒子
wangxiong868 2011-12-10 18:03
Higgs particle could be found by Christmas By Pallab Ghosh Science correspondent, BBC News Hunt for Higgs gains momentum as the rate of collisions inside the LHC exceeds expectations Continue reading the main story Related Stories Higgs boson range narrows at LHC LHC 'has two years to find Higgs' Guide to the Large Hadron Collider The hunt for the Higgs particle is well ahead of schedule, say researchers at the Large Hadron Collider (LHC). Earlier this year they said they would either discover the Higgs or confirm it does not exist by the end of 2012. Now, because the machine is working so well, an LHC spokesman, Professor Guido Tonelli, has told BBC News that the search could be completed much sooner. The Higgs Boson is the particle that in the physics "Standard Model" allows other particles to have mass. Discovery or elimination of the particle is one of the LHC's major objectives; and it could come as early as Christmas 2011. "We could discover the Standard Model version of the Higgs Boson or exclude it earlier than expected. Could we discover it by Christmas? In principle, yes," said Professor Tonelli The Higgs particle was postulated by physicists in 1964 to explain how other sub-atomic particles have mass, and remains the only major particle in the Standard Model, the dominant current theory of sub-atomic physics, yet to be observed. The collider is a giant accelerator machine housed in a 27km-long (17 miles) circular tunnel under the French-Swiss border. Two beams of proton particles are fired around this subterranean "ring" and smashed together at crossing points. Continue reading the main story Big detectors are located at these points to look for new particles in the sub-atomic wreckage of the collisions. The physicists measure the number of collisions they see in units called "inverse femtobarns", and were aiming to collect 5 inverse femtobarns' worth of data by the end of 2012. But, said Professor Tonelli who speaks for LHC's CMS experiment, the LHC has already collected 2.5 inverse femtobarns - the equivalent of 175,000 billion collisions. So in the space of a few months, the machine has collected half the data it was expected to collect in two years. Fairly quickly The current run of collisions designed to detect the Higgs will be completed by the end of October. Professor Tonelli believes that if this rate of progress continues and nothing goes wrong, there is an outside chance of gathering sufficient data by then and analysing it fairly quickly. The possibility of an early Christmas present for the physics community was raised at the beginning of the week by PhD student Richard Ruiz in the highly respected physics blogsite Quantum Diaries . He wrote: Continue reading the main story “ Start Quote This would be the first time that we would have scientific evidence that this theory which has been so successful in the last 40 years must be definitely abandoned” Professor Guido Tonelli LHC Spokesman "What this means is that by the end of this year, not next year, we will definitely know whether or not the Higgs Boson as predicted by the Standard model exists." But although the discovery of the Higgs by Christmas is possible, it is by no means assured. Five inverse femtobarns of data may not be enough to make a definitive statement on the Higgs, according to Richard Hawkings, who speaks for the LHC's Atlas experiment. "It's a bit optimistic. If the Higgs had been in an easy to find area then yes, we may have been able to have discovered it by Christmas," he said. "But what we have discovered in the past couple of months is that its in a region that's much harder to find. This will require more data and more time." Triumph Even so, if nothing goes wrong with the supercollider, researchers will have collected the 10 inverse femtobarns of data they need to make a cast iron statement about the existence of the Standard Model version of the Higgs by next summer. If they do discover the Higgs, it would be a triumph for the Standard Model, making it a complete theory. If they do not, it would be an even more exciting outcome, according to Professor Tonelli. "This would be the first time that we would have scientific evidence that this theory which has been so successful in the last 40 years must be definitely abandoned and we should look for another theory." 尽管我个人对标准模型不看好,觉得不够美,希望彻底打破重建。 但如果真的能在圣诞节,见证上帝粒子的存在,或者彻底证明不存在,那都是无比激动人心的事情,是神的启示。
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如果发现所谓的Higgs粒子,谁该得诺贝尔奖
热度 5 yushi 2011-12-7 23:02
如果发现所谓的Higgs粒子,谁该得诺贝尔奖 施郁 先插一句无关紧要的:虽然Higgs粒子很重要,但是把它称作上帝粒子很扯(源于Lederman的一本科普书的名字,不过里面提到的GDP的相当大的部分跟量子力学有关倒是很好,所以我记住了那本书),因为其他粒子也重要。 言归正传,P. W. Anderson(是的,就是那位凝聚态理论的头号选手)首先提出了后来被称作Higgs机制的玻色场和规范场耦合从而使后者获得质量的自发对称破缺机制。不是在凝聚态文章中的类比,而是标准的粒子物理文章,发表在Physical Review的粒子物理部分。 Higgs给出了实现该机制的相对论场论模型。 而在标准模型中实现该机制是Weinberg和Salam各自文章中提出的,已经和Glashow一起得奖了。 所以如果发现所谓的Higgs粒子,诺贝尔奖该给Higgs先生。但这实际上是追溯。 既然要追溯的话,首先要给Anderson,以正视听。 而且,更应该给杨振宁,因为所有的发展都基于他的杨-米尔斯场论,即非阿贝尔规范场论。那当然不是,也不需要,在标准模型框架中,Higgs也不是。这就好比相对论和量子力学不需要以粒子物理为基础,而是相反。
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[转载]物质世界的基本结构单元:
dongzg101 2011-9-26 04:42
http://blog.tech110.net/?uid-1126-action-viewspace-itemid-60826 ) 【 编者按 】 物质世界的最基本结构单元是人类不懈求索的难题。为此而引发的 现代科学史上的一场豪赌现在已经揭晓:费时 20 年、耗资 70 亿英镑建造的大型强子对撞机 3 年来的运转却未能找到“上帝粒子”,无法实现当年设计建造的梦想,甚至“上帝粒子”根本就不存在。而超弦 / M 理论中“物质结构的基本单元‘ brane ’在 11 维时空中的运动”远离现实,不可思议,就像一场数学游戏,离实验验证更是遥遥无期。只有中国学者的“π型三重波粒二象性理论”中“物质结构的基本单元‘太极粒子波’在 4 维时空中的运动”才接近于现实,也便于实验的检验,比超弦 / M 理论或者粒子物理的标准模型容易十万倍!让我们拭目以待吧…… 物质世界的最基本结构单元是一个亘古不变、极具魅力的话题。自从人类有了思维,人们就开始不停地求索。古希腊哲学家泰勒斯( Θαλ ῆ ς Thales ,约公元前 624 年~公元前 547 年,米利都派创始人)提出:水是万物的始基;赫拉克利特 ( Ἡ ρ ά κλειτο ς Heraclitus ,约公元前 540 年~公元前 480 年,爱非斯派创始人)认为:火是万物的本原;德谟克利特 ( Δημ ό κριτο ς Democritus , 约公元前 460 年~公元前 370 年 ) 则宣称:世界万物都是由不可分割的颗粒(原子)和虚空所组成。近代科学意义上的原子分子论由罗蒙诺索夫 ( Lomonosov , 1711 ~ 1765 ) 提出,现代科学上占统治地位的则是夸克理论。而按照中国学者甘永超所揭示的“π型三重波粒二象性”,“太极粒子波”则是构成我们世界的最基本的物质单元。鉴于原子、原子核、基本粒子已有不少科普介绍,我们在这里主要基于“波与粒子的统一”而介绍一下“太极粒子波”。 相对论虽然是爱因斯坦(Einstein)的原创,但他本人除了认为 “ 上帝不会掷骰子 ” 之外,实际上还认为相对论也只是暂时的理论,必须建立场(波)与实物(粒子)并存的统一理论。他终身思考光学的问题,可是却一辈子也没有搞清楚光子是个什么东西。在 1951 年 12 月 12 日致老朋友贝索(Besso)的信中爱因斯坦写道:“整整五十年的自觉思考没有使我更接近于解答‘光量子是什么’这个问题。的确,现在每一个不老实的人都相信,他懂得它,可是他在欺骗他自己。”前苏联科学家瑞德尼克在他的《量子力学史话》一书中更是一针见血地指出:“今天,决定微观世界统一体的最深刻本质的全部问题,就是物理学所面临的尚未征服的山峰中的最高峰:物质的两种基本形式——实物(粒子)和场(波)——之间的相互关系。”可见,“波粒二象性之谜”、“光的本性之谜”、“粒子与场的关系之谜”以及“物质世界的最基本结构单元之谜”乃是当今科学前沿的四大疑难问题。当然,在这些方面,人类已经进行了一些有益的探索。 早在 1905 年,爱因斯坦就揭示了第一种波粒二象性(光的波粒二象性)并由密立根( Millikan ) 1916 年用实验加以验证,分别获“理论( 1921 年)”与“实验( 1923 年)”两个诺贝尔物理学奖。这种波粒二象性揭示了微观客体可以弥散形态(波)或凝聚形态(粒子)这样两种不同的物质形态而存在(如图中π的左、右两个部分,其中的“波”与“粒子”都是客观实在,但它们在存在的时间上却相互错开,满足一定条件时还可以发生相互转化。但爱因斯坦当年并没有领悟到这些而是给后人留下了诸多悬念)。 第二种波粒二象性——“实物粒子的波粒二象性”由德布罗意( L. deBroglie ) 1923 年揭示、戴维逊( C. J. Davisson )和小汤姆孙( G. P. Thomson ) 1927 年用实验验证,分别获得“理论( 1929 年)”与“实验( 1937 年)”两个诺贝尔物理学奖。它揭示了当微观客体以“粒子”的形态存在时,“粒子”在运动上具有波动性(第二种波粒二象性,见图中π的右半部分:其中的“粒子”与“波”虽然同时存在但它们存在的形式却是一“实”一“虚”,“波”是“粒子”存在的反映——说明“粒子”在运动上具有德布罗意波动性,两者不能互相转化。但德布罗意当年并没有领悟到这些而是给后人留下了诸多的悬念)。 第三种波粒二象性——“经典电磁场在结构上具有粒子性”由中国学者甘永超 1994 年用严谨的数学推理揭示(将狄拉克( Dirac ) 1927 年所做的“经典电磁场按模式分解”进一步推进到“经典电磁场按光子对应分解”,从而在“经典电磁场”与“量子电磁场”之间建立起了一种“基本单元”的对应关系——使每一个“电磁基波”的能量、动量、角动量都能与一个同频光子的能量、动量、角动量分别对应相等)。它揭示了当微观客体以“波”的形态存在时,“波”在结构上具有粒子性(第三种波粒二象性,见图中π的左半部分:其中“波”与“粒子”虽然同时存在但它们存在的形式却是一“实”一“虚”,“粒子”是“波”存在的反映——说明“波”在结构上具有粒子性,两者不能互相转化)。而在此之前经典电磁场却一直是连续的、根本没有分立的概念。 过去,由于人们把本质不同的“光的波粒二象性”与“实物粒子的波粒二象性”混为一谈,所以“波粒二象性”的迷雾一直就像一个幽灵飘荡在物理学的上空。今天,当我们把这两种本质不同的波粒二象性加以区别并补充上“第三种波粒二象性”之后,三种波粒二象性之间的 π 型结构关系就变得十分清晰而明了:“第一种波粒二象性”是本质上的波粒二象性,它的“波”和“粒子”都是客观存在(真实的物质),但在存在的时间上却相互错开,在一定条件下还可以发生相互转化;“第二种波粒二象性”与“第三种波粒二象性”都是现象上的波粒二象性,它们的“波”与“粒子”只有一个是真实的存在(客观的物质),而另一个却是虚假的存在(非物质),是“真实存在”的“反映”,就像树的“影子”反映“树”的存在一样(“树”是真实的存在,而“树的影子”却是一种虚假的存在,是“树”这种“真实存在”的“反映”)。在“第二种波粒二象性”和“第三种波粒二象性”中,尽管“波”与“粒子”都是同时存在,但它们却是一“虚”一“实”或者一“实”一“虚”,“波”与“粒子”之间无法相互转化。当这三种波粒二象性搅和在一起的时候,“波”与“粒子”就上演了一幕“波粒相伴、真真假假、虚虚实实、同时异态、同态异时、亦波亦粒、非波非粒、波中含粒、粒中含波、模棱两可、扑朔迷离”的所谓“波粒二象性”,把我们弄得眼花缭乱,不知所以。可是,当我们排除了上述两种现象上的(第二种和第三种)“波粒二象性”之后,真正的“波粒二象性”就只剩下一种了,那就是爱因斯坦 1905 年所揭示的“第一种波粒二象性”。 如此,在我们面前就呈现出了一幅美妙的“三种波粒二象性”的有序重叠图景——“ π 型三重波粒二象性”:粒子就是粒子,波就是波,看得见,摸得着;粒子在运动上具有“波动性”——第二种波粒二象性,波在结构上具有“粒子性”——第三种波粒二象性;在一定条件下,真实的“波”与真实的“粒子”还可以发生相互转化——第一种波粒二象性。至于真实的“波”与真实的“粒子”(例如“电磁波”与“光子”)之间的转化机理由于涉及到真空的问题,还是比较复杂的,在这里只能做一些简单的阐述。 现代物理学认为,真空并非空无一物,而是存在大量的处于基态的量子场(这其中当然也包括了处于基态的量子电磁场)。由于基态的量子电磁场充满整个真空,所以,经典电磁场(可以按光子对应分解成为一系列“电磁基波”的叠加)的基本单元——“电磁基波”满足一定条件时可以在一瞬间被处于基态的量子电磁场完整吸收,从而使量子电磁场从基态跃迁到激发态。而处于激发态的量子电磁场很不稳定,可以在非常短的时间内随机的于真空的某一处放出(吐出)一个与被吸收“电磁基波”频率相同的“光子”而从激发态跃迁回基态。如此,就完成了真实的“电磁基波”向真实的“光子”的转化。而在此转化过程中,真空中的基态量子场只是起到了某种媒介作用——经历一系列变化之后又回到了原来的状态。这就是“经典电磁场量子化过程”的物理本质。当然,在另外一种条件下也可以发生相反的过程:基态量子电磁场吸收一个“光子”,从基态跃迁到激发态,由于激发态很不稳定,处于激发态的量子电磁场又会在非常短的时间内向真空中发射一份与该“光子”同频率的“电磁基波”而从激发态回到基态,从而完成“光子”向“电磁基波”的转化。这些就是 “ π 型三重波粒二象性” 对爱因斯坦所揭示的“第一种波粒二象性”中“波”与“粒子”之间相互转化过程的物理机制的补充说明。 显然,在这幅美妙的“ π 型三重波粒二象性”图景中,真实的“波”与真实的“粒子”是完全平等的。正是基于这样一幅物理图景,中国学者甘永超预言: “太极粒子波”是构成我们世界的最基本的物质单元。“太极粒子波”与现代物理学中的“原子”或者“夸克”完全不同,它既可以从“无穷小”的“粒子”变成“无穷大”的“波”,又可以从“无穷大”的“波”变成“无穷小”的“粒子”;当“太极粒子波”以“粒子”的面目出现时,“粒子”在运动上具有(德布罗意)波动性;当“太极粒子波”以“波”的面目出现时,“波”在结构上具有粒子性。比如“太极光子波”,当它表现为光子的时候,光子在运动上具有(德布罗意)波动性;当它表现为电磁波的时候,电磁波在结构上又具有粒子性;在一定条件下,电磁波与光子之间还可以发生相互转化。 如此看来,“太极光子波”才是对“光”的比较全面的描述,而“电磁波”与“光子”却只是瞎子摸象的结果——对光的本性的片面描述。 至于“太极电子波”,也应该与“太极光子波”类似,具有三重波粒二象性,只是我们目前还只认识了它三面中的一面——“第二种波粒二象性”(电子的德布罗意波动性),但我们预言:“太极电子波”还应该具有“第一种波粒二象性”和“第三种波粒二象性”。这些最现代的科学与最古老的东方哲学其实殊途同归、血脉相连,具有共同的本质,它是追求和谐与统一的古老东方文化的发扬与光大! 该理论如果被证伪,也会像古希腊的“原子论”(尽管已经被证伪)一样而名垂青史;如果被证实,那更是万古流芳,是中国科学家为人类文明所做出的历史性贡献。 值得指出的是:类似爱因斯坦广义相对论所做出的三大预言(水星近日点的进动、光线的引力偏折、光谱线的引力红移)被验证就奠定了它在科学界的坚实基础,我们的“ π 型三重波粒二象性”也可以做出三大预言: ① 不借助任何量子假设而仅仅依靠经典理论就能够直接导出光能量的量子化(已被中国科学家佘卫龙所证实, 见 Proc. of SPIE, 2007, 6664: 66640A 或 Chinese Physics, 2005, 14(12): 2514-2521 ); ② 不借助任何量子假设而仅仅依靠经典理论就能够直接导出普朗克的黑体辐射公式(已被英国科学家 T W Marshall 所证实,见 Phys. Rev. D, 1981, 24(6): 1509-1515 ); ③ “ 波 ” 与 “ 粒子 ” 是平等的, “ 光的量子理论 ” 与 “ 光的经典电磁理论 ” 是两个独立、平行的理论,光的量子理论不能包含光的经典电磁理论(第三大预言直接挑战 “ 占据统治地位、写进教科书中且已经流行了 80 年的主流理论 —— 光的量子理论能够包含光的经典电磁理论 ” 。可令人遗憾的是:该主流理论 80 年来却根本找不到一个过硬的实验证据,这也就是说,近 80 年来我们还不能给出一个否定 “ π 型三重波粒二象性”的实验证据 ,而只要给出一个正面的判决性实验证据(该判决性实验早就设计好了)就可以大功告成,参见 Proc. of SPIE, 2009, 7421: 74210U )。可见, “ π 型三重波粒二象性”离成功并不遥远。 利用伽利略( Galileo )推翻亚里士多德( Aristotle )“物体越重下落速度越快”的归谬法,我们还可以 用逻辑的 力 量来宣判“光的量子理论能够包含光的经典电磁理论”的死刑 —— 如果 “ 光的量子理论能够包含光的经典电磁理论 ” ,那么,我们就可以用光的量子理论一统天下而消灭电磁波,从而使得“经典电磁理论”和“电磁波”都退出历史舞台。可是,电磁波作为一种真实存在的物质又不可能被消灭,所以,传统理论不符合逻辑。 这也就是说,实施那个判决性实验只不过是一种形式,走走过场,其判决实验结果一定是“光的量子理论不能包含光的经典电磁理论”(经典条件下光的量子理论不会比光的经典电磁理论更为精确)。这将直接验证我们的第三个预言,从而,使“第三种波粒二象性”与“π型三重波粒二象性”取得最后的胜利。 纵观物理学发展史,我们可以清楚地看到:物理学已经成功地进行了五次大的综合,而第六次大的综合则正在酝酿之中…… 第一次大综合: 17 世纪,伽利略研究地面上物体的运动,打开了通向近代物理学的大门。牛顿在此基础上把地面上物体的运动和天体运动统一起来,揭示了天上地下一切物体的普遍运动规律,建立了经典力学体系,实现了物理学史上的第一次大综合。 第二次大综合: 18 世纪,经过迈尔、焦耳、卡诺、克劳修斯等人的研究,经典热力学和经典统计力学正式确立,从而把热与能(能量转化和守恒定律)、热运动的宏观表现与微观机制统一起来,实现了物理学史上的第二次大综合。 第三次大综合: 19 世纪,麦克斯韦在库仑、安培、法拉第等物理学家研究的基础上,经过深入研究,把电、磁、光统一起来,建立了经典电磁理论,预言了电磁波的存在,实现了物理学史上的第三次大综合。 第四次大综合: 1905 年,爱因斯坦在分析当时有关光速测量方面出现的种种矛盾的基础上,创立了狭义相对论,把物理学扩展到高速运动领域,建立了新的时空观 ( 物质、运动、时间、空间相互关联 ) ,这是物理学发展史上的第四次大综合。 第五次大综合: 20 世纪,普朗克在解释黑体辐射的实验规律时提出了量子论假设,经爱因斯坦、波尔、德布罗意、海森堡、薛定谔、狄拉克等人的努力,发展了量子力学,把物理规律扩展到微观领域,完成了物理学发展史上的第五次大综合。 最后,我们不妨心潮澎湃、豪情满怀地对即将来临的物理学 第六次大综合作一下深情的展望:在不久的将来,物理学家将会破解现代科学的四大疑难: ① 波粒二象性之谜、 ② 光的本性之谜、 ③ 粒子与场的关系之谜、 ④ 物质世界的最基本结构单元之谜,完成物质的两种基本存在形式 —— 实物与场(或者粒子与波) —— 之间的统一,从而实现物理学的第六次大综合。到那时,展现在人们面前的将是一幅全新的世界图景。而随着我们对物质世界基本结构单元认识的进一步加深,人类必将从必然王国走向自由王国,从控制、利用原子发展到控制、利用原子核甚至控制、利用基本粒子乃至控制、利用“太极粒子波”…… 目前,我们已经达到了控制、利用原子与原子核的时代,纳米技术、放射性与核能早就得到了广泛应用。我们期盼着人类有效控制、利用基本粒子乃至“太极粒子波”的时代早日到来! 参考文献: 《 几个非常敏感的科学问 题,狠抓十年必然突破诺贝尔奖 ( 文献 ) 》 中国顶级媒体报道引出 《 致中国科学爱好者的一封公开信 》 值得一读! 还有 《 献给中国共产党九十华诞的一份罕见寿礼 》 言简意赅 …… 物质世界的基本结构单元:原子、原子核、基本粒子与“太极粒子波”.doc(362 KB) 物理学简介.doc(902 KB)
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[转载]久无突破 欧洲科学家质疑上帝粒子存在性
热度 2 daodezhenjing 2011-9-22 09:59
据国外媒体报道,欧洲粒子物理研究所科学家近日表示,希格斯玻色子存在的可能性正逐渐减小,也许根本不存在希格斯玻色子。科学家们认为,如果能够排除希格斯玻色子存在的可能性,那也算是一个重大发现。这一发现将让人们重新审视对自然本质的看法。   据新浪科技报道,神秘的希格斯玻色子,也被称为“上帝粒子”,它是一种理论上的粒子,理论上预言其应介于120至140吉电子伏特之间。希格斯玻色子被认为是当今物理学理解的缺失环节。今年7月份,曾经有新闻报道称,欧洲大型强子对撞机探测到的数据表明希格斯玻色子的存在。然而,从那以后,实验中再也没有获得能够证实希格斯玻色子存在的信号。   欧洲粒子物理研究所紧凑型μ子螺旋型磁谱仪项目组发言人吉多-托内利近日表示,“如果我们能够排除希格斯玻色子存在的可能性,那也算是一个重大发现,它将让我们重新审视对自然本质的看法。在这项研究中,我们应该有耐心。大型强子对撞机足够强大,我们有能力探索一个全新的领域。”   欧洲粒子物理研究所发言人詹姆斯-吉利斯认为,“粒子物理学标准模型已经延续了四十年,但这是一个有缺陷的理论,其中有些问题需要弄清楚。以大型强子对撞机的探测能力,我们将研究究竟是什么产生了粒子质量,希格斯玻色子就理论之一。希格斯玻色子理论之所以最著名,只是因为它的数学优势。即使我们找不到希格斯玻色子,我们仍将会继续研究究竟是其他什么事物产生了质量。”   如今,大型强子对撞机产生的数据比去年同期增加了一倍。在实验中,大型强子对撞机使用大型磁体将粒子加速到接近光速,这种实验能够再现宇宙大爆炸开始一瞬间的情景。英国物理学家彼得-希格斯提出的理论认为,就在这一瞬间,希格斯玻色子将质量赋予粒子。 最初探测到的信号似乎表明,希格斯玻色子介于120至140吉电子伏特之间。这种短命粒子衰变后会形成一对其他亚原子粒子,这一过程所发生的“事件”是可以探测的。但是根据可能存在的统计波动,那些最初被认为是“存在”的信号可能并不存在。   欧洲粒子物理研究所研究主管塞尔吉奥-贝尔托卢奇今年夏天曾经表示,“肯定会在未来12个月内取得发现。如果希格斯玻色子确实存在,那么大型强子对撞机将很快发现它。如果它根本不存在,它的不存在也将会把物理学引向新的方向。”   大型强子对撞机CMS粒子探测仪项目中负责搜寻希格斯玻色子的物理学家维瓦克-沙尔玛近日表示,“希格斯玻色子如果存在,它应该在114到145吉电子伏特之间被捕获。如果它存在,它肯定属于这一范围。如果它不存在,到2011年12月时,它将成为众所周知的科学幻想。”也有一些项目组科学家认为,这一问题可能要到明年年底才有答案。但是,即使这种粒子无法找到,这种实验也将拓展人类的知识面。托内利认为,“我们已经到达了未知的边缘,从此将面对一个全新的物理学。”   欧洲粒子物理研究所物理学家保罗-加哥纳昂表示,“希格斯玻色子到现在仍然是捉摸不定,没有人知道它究竟是何模样。如果希格斯玻色子存在,我们就知道如何去捕获它。问题是,随着希格斯玻色子的衰变,会相应发生许多事件,这就是所谓的背景,因此很难捕捉到它。我们需要建立特殊的过滤器,将大量的背景光最小化。”   然而,经过数个月的实验后,科学家们仍然未能从背景中捕获到什么。加哥纳昂表示,“没有希格斯玻色子其实就是最好的希格斯玻色子。关于希格斯玻色子,我们已经说得很多,现在我们最好是能够发现它。如果我们无法发现它,怎么办?事实上,那也是一个伟大的发现。”
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[转载]“上帝粒子”风波或为文字游戏 是否存在引争议
周少祥 2011-8-31 23:23
按: 怎一个乱字了得。 “上帝粒子”风波或为文字游戏 是否存在引争议 2 011-08-31 10:37:42 来源: 网易探索   有 436 人参与 手机看新闻 转发到微博 ( 2 ) (function() { var options = { sourceUrl: "http://news.163.com/", source: encodeURIComponent("网易新闻"), title: encodeURIComponent("“上帝粒子”风波或为文字游戏 是否存在引争议"), link: encodeURIComponent(document.location.href) }; NTES.ready( function() { WbApp.initShareTipsSm(options,"wb-article-sharewraper-sm"); }); })(); 核心提示:“上帝粒子”风波究竟是美国人的最后一搏,还是欧核中心的炒作噱头?人们拭目以待。如果“上帝粒子”的确不存在,统治粒子物理界近半个世纪的“标准模型”理论就要打上一个大大的问号。 过去一个月,全世界粒子物理学家体验了一把坐过山车的感觉。让他们辗转反侧的,是一种看不见摸不着的基本粒子——希格斯玻色子。 1964年,英国物理学家Peter Higgs预言了这种粒子的存在,这种粒子的自旋为零,是物质的质量之源,其他粒子受其作用产生惯性,最终形成质量。希格斯玻色子是宇宙形成的基础,被科学界誉为“上帝粒子”。 在粒子物理学“标准模型”理论所预言的62种基本粒子中,希格斯玻色子是唯一至今仍未现形的粒子。欧美物理学家也展开了对“上帝粒子”的地毯式搜索。 2008年9月,历时20年、耗资54.6亿美元建成的大型强子对撞机(LHC)正式开机。借助史无前例的对撞能量,亚原子粒子束得以被加速到接近光速而发生对撞,在撞击产生的微小空间中,温度在一瞬间会达到太阳温度的10万倍。在这样一个短暂的过程中,人们或许可以找到一些基本粒子,这其中就包括神秘的“上帝粒子”。 物理学家们的心中重新燃起了希望。7月22日,欧洲核子物理研究中心(CERN)宣称,LHC可能捕捉到了希格斯玻色子存在的线索;两天后,美国费米实验室也得到了类似的数据,费米实验室物理学家在7月27日报告说,他们已大幅度缩小了该粒子的搜索范围,这一谜题有望在9月末得以揭开。 然而近日,欧核中心又突然改口,称一些迹象表明“上帝粒子”可能根本不存在,通过LHC的实验数据找到该粒子的踪迹“意义不大”。 在不到一个月的时间里,粒子物理经历了冰火两重天。这种神秘物质究竟存不存在? 中科院高能物理所所长、中科院院士陈和生告诉《科学时报》记者,高能物理所一直在参与LHC相关的实验,目前的实际情况是,“LHC的数据积累还不够,还没有确切的证据证明希格斯玻色子是否存在”。 欧核中心和费米实验室不那么肯定的语气似乎也证实了这一点。欧核中心不少物理学家坦承,他们的数据不排除是模型缺陷或者统计失误造成的“误会”;费米实验室专家也强调,他们只是发现了一些线索,并不代表找到了“上帝粒子”。 “有时候科研机构为了吸引公众的注意力,就会出来制造一点新闻。”陈和生认为,这段时间的相关新闻不能排除炒作的嫌疑。 早在今年1月,费米实验室就宣布,由于经费短缺,他们的万亿电子伏特加速器可能会于今年9月关闭。如果这一消息属实,LHC就将成为世界上唯一一台还在寻找“上帝粒子”的加速器,从而终结两大实验室在这一领域的竞争。 “上帝粒子”风波究竟是美国人的最后一搏,还是欧核中心的炒作噱头?人们拭目以待。如果“上帝粒子”的确不存在,统治粒子物理界近半个世纪的“标准模型”理论就要打上一个大大的问号。 不过,陈和生认为这并不意味着粒子物理将彻底挫败。“从牛顿时代开始,物理学从来就没有一个完美的终极理论,总会不断有新的理论出现,代替或者完善原来的理论。” 无论如何,“上帝粒子”与人类的捉迷藏游戏目前还没有结束。 《科学时报》 (2011-08-31 A1 要闻) (本文来源:网易探索) 责任编辑:NN050
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[转载]欧洲核子研究中心称“上帝粒子”可能并不存在
热度 1 周少祥 2011-8-24 14:53
按:参见前面的博文“对世界最大强子对撞机实验的预判”。 欧洲核子研究中心称“上帝粒子”可能并不存在 2011-08-24 10:25:31 来源: 新华网 (广州)  有 5 人参与 手机看新闻 转发到微博 ( 0 ) (function() { var options = { sourceUrl: "http://news.163.com/", source: encodeURIComponent("网易新闻"), title: encodeURIComponent("欧洲核子研究中心称“上帝粒子”可能并不存在"), link: encodeURIComponent(document.location.href) }; NTES.ready( function() { WbApp.initShareTipsSm(options,"wb-article-sharewraper-sm"); }); })(); 核心提示:希格斯玻色子是由英国人希格斯等物理学家在上世纪60年代提出的一种基本粒子,被认为是物质的质量之源,因此被称为“上帝粒子”。一些迹象表明,这种粒子也许真不存在,只是人们的“幻想”。 希格斯玻色子是由英国人希格斯等物理学家在上世纪60年代提出的一种基本粒子,被认为是物质的质量之源,因此被称为“上帝粒子”。但这种粒子就像神话中的独角兽一样难觅影踪。尽管科学家们仍在努力寻找其踪迹,但致力于此项研究的欧洲核子研究中心近日表示,一些迹象表明,这种粒子也许真不存在,只是人们的“幻想”。 该机构日前已经向在印度孟买召开的相关研讨会提交了报告,称近来通过其大型强子对撞机找到的实验数据都对找到希格斯玻色子的踪迹“意义不大”。与此同时,该中心许多科学家也认为“希格斯玻色子不存在”的可能性越来越大。 在粒子物理学的标准模型中,总共预言了62种基本粒子,其中61种都已被验证,唯独希格斯玻色子始终游离在物理学家的视野之外。找到这种粒子,就找到了建筑粒子物理学经典理论大厦的最后一块基石,如证明它不存在,整座大厦就要被推倒重建。 欧洲核子研究中心研究主任塞尔希奥·贝托卢奇说:“如果希格斯玻色子真的不存在,那么它的缺位将使人们的目光转向‘新物理学’。” 此前,许多世界顶级物理研究机构曾试图通过对撞试验寻找希格斯玻色子,但都没有成功。美国费米国家实验室的物理学家今年7月底发表报告说,他们已大幅度缩小了希格斯玻色子的搜寻范围。
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[转载]大型强子对撞机疑发现上帝粒子(图)
周少祥 2011-7-27 09:21
大型强子对撞机疑发现上帝粒子(图) http://tech.sina.com.cn/d/2011-07-27/08285843043.shtml 2011年07月27日08:28 新浪科技 !-- div class="moduleParagraph" -- 这是一幅计算机模拟图,显示如果出现一次希格斯事件时,粒子将出现的轨迹模式   这幅图显示大型强子对撞机(LHC)紧凑型μ子螺旋型磁谱仪(CMS)仪器的数据是如何证实或排除希格斯粒子在不同能级水平上的存在的。 紧凑型μ子螺旋型磁谱仪(CMS)仪器结构示意图,长21米,宽15米,高15米 ATLAS探测设备示意图,长46米,宽25米,高25米,确实是一台超级庞然大物   新浪科技讯 北京时间7月27日消息,希格斯-波色子通常又被称为“上帝粒子”,它被认为是万物的“质量之源”,同时也是标准模型中最后一种未被发现的粒子。物理学界长期以来试图寻找它踪迹的努力皆以失败告终,因此这种行踪诡秘的神秘粒子一直让科学家们为之疯狂。不过现在,来自欧洲大型强子对撞机(LHC)的数据显示,这种一直以来毫无踪迹的“上帝粒子”可能已经被找到了。   当然在此之前一直就有这种说法,说美国芝加哥附近的费米加速器已经找到了希格斯-波色子,尽管这种说法一度平息下去,但是最近几个月又一次出现起伏,甚嚣尘上。   而这一次的消息则要靠谱的多:欧洲核子中心(CERN)大型强子对撞机(LHC)的两台希格斯粒子探测仪器在该设备产生的海量数据中同时记录到了疑似信号。尽管谨慎地说,这一信号目前还未能清晰到足以判定此项发现,但是这至少意味着这台耗资超过100亿美元,号称是这颗星球上最庞大复杂,同时也是最昂贵的科学仪器,毕竟正在朝着正确的方向前进。   LHC项目ATLAS探测设备设计小组发言人法波拉·托内利(Fabiola Tonelli)告诉英国《卫报》记者说:“我们现在还不能下任何断言,但是毫无疑问的,这非常有趣。”而令人振奋的是,另一台探测设备:紧凑型μ子螺旋型磁谱仪(Compact Muon Solenoid,CMS)小组也同样报告了探测到疑似信号结果。   这两个小组各自独立地于周五在法国召开的欧洲物理学会议上报告了自己的结果,这一会议是物理学界最大型的粒子物理学交流平台之一。ATLAS和CMS小组一直以来都在埋头于LHC对撞设备产生的数以亿万计的数据点阵中,苦苦寻找可能显示希格斯-波色子曾短暂存在的统计学信号。   根据此次的最新分析结果,物理学标准模预言的希格斯-波色子类型可能将在大约1400亿电子伏,即140 GeV的能级上出现。   考虑到统计学上的严谨性,此次的数据结果还无法支持一项确定的科学发现报告。不过无论如何,两台设备得到这样非常类似的疑似信号是非常令人兴奋的。   来自美国费米国家实验室的粒子物理学家唐纳德·林肯(Donald Lincoln)同时也是CMS小组成员,他说:“如果你现在去询问任何一位有名望的物理学家,他们也不能告诉你任何更多的消息,他们只会说这非常非常有趣,而我能告诉你的,就是:这确实非常非常有趣。”   但是很显然还有很多科学家对此并不信服。意大利帕多瓦大学的托马索·多里格(Tommaso Dorigo)教授也是CMS小组成员,同时还担任美国费米实验室CDF小组成员。他说他“没有看到任何和希格斯-波色子有关的疑似信号”。几乎和前面所述的相反,他认为此次LHC所使用的能级恰恰给出了理论预言的希格斯粒子最不可能出现的能级。不过大多数物理学家都同意这样一个说法,那就是有关这种神秘粒子究竟是否存在这一终极问题,物理学家们不久之后应当就能给出一个相当明确的答案。   如林肯就说:“我讨厌进行具体的预测,但是很显然,考虑到目前的表现和进度,我想希格斯粒子被证实或者被排除的时间应该就会发生在最近几个月或几年内。”   寻找希格斯-波色子   寻找希格斯-波色子是一项巨大的工程,事实上这也是当初全世界合力建造这台超大型科学设备的主要初衷。   LHC设备位于法国-瑞士边境,它拥有一个长达27公里的地下环形隧道。在这个隧道中,粒子会被加速到接近光速并迎面对撞。撞击的结果会由安装在隧道各处的各种专用探测器捕捉并进行数据分析。   这种极高能对撞会产生一些极其罕见的物质,但是它们会瞬间衰变成较为常见的亚原子粒子,但是根据仪器记录到的数据,对这些粒子的分布情况,运动方向和速度等数据进行分析,物理学家们能够揭开一系列困扰人类的最基本问题,如宇宙诞生时的状况,暗物质的本质,以及宇宙中可能存在的其它维度。   而希格斯-波色子和它附带的希格斯场,则是所有这些困扰人类的“终极问题”中的一个。早在上世纪60年代,英国物理学家彼得·希格斯(Peter Higgs)就和其他科学家合作,预言了这种神秘粒子的存在,这种粒子被视为是自然界粒子质量的来源。   长期以来物理学家一直知道有一些组成物质的粒子具有质量,如夸克和轻子,但是也有一些粒子却没有质量,如光子。那么,究竟是什么决定了这两者的不同?   针对这个问题,希格斯和他的同事们提出了一种特殊的场,即希格斯场理论。根据这一理论,存在一种类似磁场的“希格斯场”,它对不同粒子施加不同的影响,从而形成了质量为零和质量非零的不同粒子。   在粒子物理学中,场这一概念常常会和携带力的粒子相关联,并被归入“波色子”的范畴。而和希格斯场相互作用的粒子则被称为希格斯-波色子。诺贝尔奖获得者莱恩·林德曼(Leon Lederman)为这种粒子取了一个雅号叫“上帝粒子”。这是因为这种粒子在我们对于宇宙的理解中起着核心却微妙的作用。不过希格斯本人和其他很多物理学家痛恨这个名字,因为他们认为这个名字可能会误导或激怒某些人群。   如果希格斯-波色子终于被找到,并且并证明其行为方式符合标准模型的预言,那么这将是一个历史性的时刻,证明我们长久以来对于宇宙结构的理解是正确的。但如果希格斯-波色子最终无法找到,或者即使找到,但是其行为不符合标准模型预言,那样的话将更加令人兴奋,因为那样就意味着物理学家们重新面临一个机会,回到一张白纸跟前,重新构思他们有关宇宙最根本运行模式的想法。   就现在而言,要预言这样的推倒重来究竟会对科学界或我们的日常生活产生何种影响还为时过早。但是就在大约100年前,我们的社会便经历过这样的一次颠覆性科学思维革命。当时量子理论和相对论被提出来用以解释一些观察到的,用19世纪的经典物理学无论如何也无法解释的新现象。正是那次的科学革命,改变了我们的世界,带来了从原子弹和核电站,从微波炉到激光器的各种发明。所以说,在现在这个阶段,谁能预言后标准模型时代会是怎样的一幅图景呢?   有一点需要指出,那就是发现希格斯-波色子的过程可不像是发现新大陆那样是一瞬间的狂喜,而是一个漫长而艰辛的过程。海量的数据需要分析,无数的统计学结果需要过滤,以便找出潜在隐藏的信号。   林肯形象的解说:“这就像是在一个大雾天行走于人群之中,然后你睁大眼睛,等待你在人海中认出你要找的那个人的脸的那一刻。”这可能就是21世纪物理学新发现的普遍模式:首先你会注意到一些蛛丝马迹,暗示前方将出现一种有趣的新现象,于是你需要更多的数据来确认自己的发现,最后才是恍然大悟,意识到所有这一切的时候。所以,对于这一似乎预示着曙光的结果,让我们拭目以待。(晨风)
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[转载]Cern scientists suspect glimpse of Higgs boson (上帝粒子)
alick1 2011-7-25 16:37
Unusual data bumps detected by two teams at Large Hadron Collider thought to be glimpse of elusive source of particle mass Ian Sample , Science correspondent guardian.co.uk , Friday 22 July 2011 20.09 BST Article history A technician at work in the Atlas control room. 'Bumps' in the data hint at presence of Higgs boson. Photograph: Fabrice Coffrini/AFP/Getty Images Scientists may have caught their first glimpse of the elusive Higgs boson , which is thought to give mass to the basic building blocks of nature. Researchers at the Large Hadron Collider at Cern , the European particle physics lab near Geneva, announced the findings at a conference on Friday . The world's most powerful atom smasher hunts for signs of new physics by slamming subatomic particles together at nearly the speed of light in an 18-mile round tunnel beneath the French-Swiss border. Speaking at the meeting, teams working on two of the collider's huge detectors, Atlas and CMS, independently reported unusual bumps in their data that could be the first hints of the particle. Physicists stressed that it was too early to know whether the signals were due to the missing particle. Bumps that look like new discoveries can be caused by statistical fluctuations in data, flaws in computer models and other glitches, they said. "We cannot say anything today, but clearly it's intriguing," Fabiola Gianotti, spokeswoman for the 3,000-strong Atlas team , said. She said the picture would become clearer as the groups gathered more data and combined results in the next few months. The view was shared by Guido Tonelli, spokesman for the CMS group , said more data was needed to understand whether the bumps were due to "statistical fluctuations or possible hints of a signal". The long-sought particle was first postulated in 1964 by Peter Higgs, a physicist at Edinburgh University , in a theory that described how fundamental particles gained mass from an invisible field that pervaded the cosmos. The field has been compared to a snowfield that clings to particles and slows them down to different extents. Light particles pass through the field swiftly as if they have skis on, while heavy particles trudge through as though walking barefoot. The boson was nicknamed the "God particle" in 1993 by the Nobel prize-winning physicist, Leon Lederman . The monicker is detested by Higgs. "I find it embarrassing because, though I'm not a believer myself, I think it is the kind of misuse of terminology which I think might offend some people," he said. From previous work, the Higgs boson was thought to have a mass somewhere between 114 and 185GeV (gigaelectronvolts) – one GeV is roughly equivalent to the mass of a proton, a subatomic particle found in atomic nuclei. The Atlas team reported a Higgs-like bump in their data between 120 and 140GeV. In a later session, the CMS groupannounced two bumps in the sameregion. Matt Strassler, a theoretical physicist at Rutgers University in New Jersey, commented on his blog : "Exciting … but far too early to be sure this is anything interesting." He added: "This is certainly something we'll be watching. 来源: http://www.guardian.co.uk/science/2011/jul/22/cern-higgs-boson-god-particle 中文翻译: http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2011/7/249974.shtm 真是希格斯玻色子吗?构成 自然界基本构件(粒子)的质量的家伙? 奇妙的上帝粒子现身了还是实验统计误差? 拭目以待.
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[转载]上帝粒子!!!
LS20041127 2011-5-20 15:41
北京时间5月18日消息,据英国《独立报》报道,上帝粒子能够揭示物质为何拥有质量以及宇宙中为何存在引力,寻找这一粒子成为很多科学家的梦想。根据参与这一项目的科学家预测,寻找上帝粒子之旅有望在2012年底前结束。很长时间没关注这类知识了,以前抱着《时间简史》寻思奇点和黑洞的日子已经把我远远抛在了后面。 一张伊利诺斯州的鸟瞰图震得我无语!谷歌和百度是有着很大区别的,即便现在谷歌的速度很慢,我仍然首选谷歌搜索,速度不是问题,导向才是区别!
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LHC 发现“上帝粒子”
马红孺 2010-4-1 08:12
据CERN高层人士透露,在3月30日实现的总能量达7万亿电子伏特的质子流对撞中,已经清楚观察到了上帝粒子--黑格斯波色子的踪迹,详细资料将在今后数日内正式公布。同时,在这一对撞中,也间接观察到了暗物质的一些迹象,但还需要进一步的数据分析和处理后才能给出结论。
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[转载]大型强子对撞机将长期运行 有望发现上帝粒子
shiyun 2010-3-3 12:17
大型强子对撞机将长期运行 有望发现上帝粒子 大型强子对撞机 大型强子对撞机揭开宇宙起源之谜 北京时间2月4日消息,据国外媒体报道,欧洲核子研究中心(CERN)发言人詹姆斯吉利斯2月3日表示,在最新一轮实验中,大型强子对撞机(LHC)项目科学家可能会揭开物质质量之源的谜团。大型强子对撞机此次将不间断运行近两年时间,直至2011年底。 大型强子对撞机是世界上最大、最昂贵的科学设施,将于本月晚些时候再度启动。吉利斯在接受媒体采访时表示,科学家或能在这次实验期间揭开希格斯玻色子的庐山真面目。希格斯玻色子的特性难以捉摸,被称为上帝粒子,科学家认为它是物质的质量之源。苏格兰物理学家彼得希格斯在30年前曾表示,希格斯玻色子或许能解释物质如何聚在一起,创造宇宙及宇宙万物。 吉利斯在谈到希格斯玻色子时说:只要它确实存在,我们发现它的几率将相当大。据吉利斯介绍,大型强子对撞机这次将运行18至24个月,在此期间它将给科学家带来丰富的信息和数据。大型强子对撞机是一座位于瑞士与法国边界、日内瓦近郊的粒子加速器与对撞机,作为国际高能物理学研究之用,由欧洲核子研究中心负责管理。 即便大型强子对撞机不能揭开希格斯玻色子神秘面纱,这并不意味着它不存在。经过第一次的长期运行和历时一年的停工准备,大型强子对撞机可能会再次在最高能级启动。吉利斯说:要想捕获希格斯玻色子,这或许是我们所需要的能量强度。大型强子对撞机于2008年9月首次启动,但在长达27公里的地下环形隧道发生爆炸后被迫关闭。 这台对撞机旨在推动以相反方向高能运转的粒子撞击。数十亿次撞击将产生大量数据,以供欧洲核子研究中心和全球各地一万名科学家研究和分析,每一次撞击都会产生类似于137亿年前宇宙大爆炸发生瞬间的状态,有助人类进一步探索宇宙起源之谜。宇宙大爆炸喷射的物质最终形成了恒星、行星和地球生命,但希格斯理论认为,只有在希格斯玻色子这样的粒子将物质聚集在一起,赋予其质量,上述一幕才有可能发生。 大型强子对撞机2009年底大约运行了两个月,令粒子束在地下隧道撞击产生了2.36万亿电子伏特(TeV)的能量,这也是质子流对撞能级的最高纪录。上周,在法国小城夏蒙尼召开的会议上,欧洲核子研究中心的物理学家、工程师和项目经理决定长期运行大型强子对撞机,冬天也不关停。 吉利斯表示,如果一切按计划顺利进行,对撞产生的能量最终将达到7万亿电子伏特。到明年年底,大型强子对撞机将再次关闭12个月之久,以便工程师可以对环形隧道进行维护,安装大量新设备,为接下来的新一轮对撞实验做准备。下一轮对撞实验可能在2013年开始,目标是产生14万亿电子伏特的能量。
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