5个莫名其妙的亚原子粒子

由:罗伯特·兰姆

谜语人、小丑、猫女和企鹅在1966年的电影《蝙蝠侠》中大出大没。查看更多蝙蝠侠的照片
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蝙蝠侠和粒子物理学家有很多共同之处。

当然,他们可能在抓钩和黑色乙烯基护裆上有所不同,但披风十字军战士和欧洲核子研究中心(欧洲核研究组织)都能获得最新的高科技设备,并与一个异常怪异的流氓画廊作斗争。

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蝙蝠侠和无政府主义小丑打架,还变异了ecoterrorists欧洲核子研究中心的科学家们试图识别和逮捕这些著名的对手希格斯玻色子

你还记得希格斯粒子吧。这种理论上的(在撰写本文时)粒子是物理学标准模型的核心。标准模型提出电、磁、光和某些类型的放射性都是一种叫做电弱力.电弱力结合了电磁力和弱力,这是自然界四种基本力中的两种,另外两种力是强力和重力。还在听吗?好。

然而,只有当我们周围的粒子在大爆炸之后的一段时间内质量为零时,这个模型才成立。理论上,希格斯粒子发射希格斯场这是一个宇宙范围的能量场,赋予万物以质量——所以如果标准模型是有效的,那么希格斯玻色子一定存在。我们得先抓住它。

换句话说,有人抢了银行,哦,看,一定是小丑因为他留下了一张名片,上面有他的头像。与此同时,所谓的“神粒子”在加速粒子碰撞后短暂存在,然后留下亚原子衰变的特征。

小丑可能是蝙蝠侠最著名的敌人,但他绝不是最奇怪的。希格斯玻色子也是如此,所以让我们来了解一下其他的亚原子超级反派。

第5集:引力子谜

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有点像e·尼格玛,那个谜语人。
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猜猜看,蝙蝠侠:重力是如何工作的?

听着,蝙蝠侠不太喜欢讨论这个话题。根据莱斯特大学的物理学家的说法,引力会有一个奇怪的习惯,每当蝙蝠侠试图使用那件物理上不切实际的斗篷时,引力就会把他拉到死亡。所以他倾向于把整个重力难题放在一边而去追求爱德华·尼格玛。

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然而,对于物理学家来说,这个问题更有分量。当然,我们有不错的亲力亲为了解重力的影响.我们知道它的能量是如何影响天体力学和宇宙天体的形成的。然而,对于引力之谜,我们仍然没有一个确切的答案。

一个可能的答案将我们引向亚原子流氓画廊中另一个令人困惑的粒子:原子引力子.如果它真的存在,这个假想的粒子会传递重力,使物体相互吸引。哦,是的,它的存在还能让我们把广义相对论和量子力学结合起来。你看,在各种包罗万象的理论中,引力经常扮演着一把扳手的角色。

所以,引力子的确很重要——除非它根本不存在。

第4集:Tachyons的野生世界

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朱莉·纽玛,典型的猫女
银屏收藏/赫尔顿档案/盖蒂图片社

快。性感。很难抓到。

蝙蝠侠有他的猫女,粒子物理学家不得不与难以捉摸的——而且可能是错误的——存在作斗争速子.一个是穿着皮衣的性感飞贼,另一个是亚原子粒子比光速还快

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我知道你在想什么:如果光速确实是“普遍速度限制”,超光速子怎么能比光速更快?这就像说“鸭子不能穿裤子”,然后镜头移到一只穿着该死灯芯绒的野鸭。我们有普遍法则是有原因的,各位。

更糟糕的是,如果原则狭义相对论没错,超光速子不仅打破了宇宙速度限制,它们也违反了因果关系本身。至少在这个宇宙中,原因总是在结果之前。如果没有这个定律,宇宙的结构就会瓦解。

如果存在超光速子,很可能是由于这个漏洞:虽然相对论阻止物质加速到光速(因为这需要无限的能量),但它不适用于总是比光速快的粒子。对于超光速子来说,其最低速度是光速,要将其降至亚光速就需要无限的能量。

超光速子:它们是完全的速度恶魔,它们可能真的存在。

第3集:马约拉纳费米恩,两张脸的恶魔

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双面人和谜语人,三人聚会

某物可以是它自己的对立面吗?

是啊,蝙蝠侠对这事很在行。

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你还记得这个故事吗:英勇的律师哈维·登特遭受了可怕的烧伤,他的身体有50%被烧伤,他的精神崩溃了。一个邪恶的罪犯形象浮出水面,他变成了双面人,一个迷恋硬币的疯子,穿着对半分的衣服,有着可笑的品味。

粒子物理学家在他们的流氓画廊里也有一个自相矛盾的两面:粒子马约喇纳费米子这是一种充当自己反粒子的粒子。

让我们刷新。根据标准模型,粒子和准粒子分为两类:费米子和玻色子。费米子阵营包括夸克和轻子,比如电子。我们称之为狄拉克费米子.在这里你会发现带负电的电子和反粒子对应物正电子,带正电荷。当这些粒子相互接触时,它们会相互湮灭。

这正是双面人所欣赏的两重性。硬币有两面,不是正面就是反面。给他一枚双头硬币什么的他就会发疯。

玻色子Camp包括构成光的光子;这些明亮的粒子是它们自己的反粒子,产生完全中性的电荷。真的,你能从玻色子身上看到这种东西。

但是这样的事情在费米子阵营中可能吗?早在20世纪30年代,物理学家就预言过,但从来没有人真正发现过所谓的马约喇纳费米子.2012年,一组荷兰粒子物理学家在实验室实验中间接发现了这些微小的双面粒子,但这还没有正式证实它们的存在。

然而,一旦我们得到实验证据,令人兴奋的事情就会发生。马约拉纳费米子将拥有一种独特的“记住”彼此过去位置的能力,这使它们在量子计算领域非常有用。一种理论甚至认为所有的暗物质实际上是由马约拉纳费米子组成的。

暗物质计算机。想想看。

第2集:轴子,追随者和黑洞

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多般配的一对啊!
迈克尔•李/知识共享

蝙蝠侠总是和女人闹翻天。如果他不是在躲避毒葛的致命吻,那他和猫女之间就有点戏剧性了。听着,要么娶她,要么把她扔进监狱。

还有哈利·奎因(Harley Quinn),这个杀人的小丑女演员对他有着永恒(而且不健康)的爱蝙蝠侠的死敌小丑.当然,很多超级反派都有他们的跟班和追随者,但她是一个真正的跟班。

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在亚原子的世界里,物理学家们继续关注一种被称为原子的假想粒子axion.轴子特别值得注意,因为它的存在将填补粒子物理学标准模型中的一个主要空白。这也是可能的暗物质组件。

但让我们回到蝙蝠侠的比较。如果轴子是哈利·奎因,那谁是小丑?为什么不是别人黑洞.没错,科学家们的理论是,虽然黑洞吸收了从光子到恒星的一切物质,但轴子对它们的破坏力免疫。轴子将在一个巨大的玻色子云中围绕坍缩的恒星运行,而不是落入破碎的奇点。

更疯狂的是,尽管它的轴子质量极低,但这团云最终会变得相当大。云最终会坍缩成黑洞吗bosenova会动摇时空的结构[来源:奥尼尔].这是一段不平衡的关系。

1:变色龙粒子

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粘土脸:演员、变形人、罪犯
蒂姆-迪尔岭/知识共享

即使有这么多疯狂的服装,你也很难跟踪哥谭市的超级反派活动——尤其是当你有一个像粘土脸这样的变形人时。他可以变成任何人的样子:银行出纳,布鲁斯·韦恩,应有尽有。他调整自己的外表以适应环境,使他成为一个相当狡猾的对手。

粒子物理学家有他们自己的粘土面变色龙粒子.到目前为止,我们只能推测这些奇特的现象玻色子这可能是也可能不是宇宙膨胀的动力。科学家们在2003年首次预测到它们的存在,并可能解释这一切神秘的现象暗能量这占了我们宇宙的70%[来源:约翰斯顿].就像变色龙一样,变色龙粒子调整自己的属性以适应当地环境。例如,如果一个变色龙粒子在物质密度很高的地球上活动,它也会表现出很高的质量,但它的物质相互作用会非常微弱,而且距离很近。

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但那是在地球上。在太空的虚空中,变色龙粒子会表现出低质量,并与远处的物质发生强烈反应。理论上,这些推测的粒子可能会以我们所说的方式将宇宙分开宇宙膨胀

毫不奇怪,变色龙粒子在地球上很难被探测到。我们必须进入空旷的深处才能发现它们的存在。

尽管如此,物理学家仍有许多高科技的探测方案,对难以捉摸的变色龙的探索仍在继续。

于是黑暗骑士再次回到他的地下蝙蝠洞,物理学家也消失了,去管理他们的地下粒子对撞机。

更多信息

作者注:5个令人困惑的亚原子粒子

正如我在“曾经有一个名叫希格斯的玻色子”这一集里解释的那样,我倾向于把粒子物理学想象成一个裹着巧克力的小便池蛋糕。这并不是在评论这个领域的重要性,也不是在评论相关的个人有多了不起,而是我对它作为一个普通受众话题的可访问性的看法。只要咬上一小口,所有的东西都是巧克力味的,美味可口。然而,如果咬得太深,食物就不那么美味了。

因此,我试图通过讨论我们最奇怪的亚原子粒子的一些令人惊叹的特性——包括真实的和推测的——来尽可能地保持这篇文章的巧克力感。这是一本更深刻的书的耀眼封面,因为这里的潜在科学是巨大的。毕竟,粒子物理学领域的目标是解开存在的结构——将物质分解到最基本的形式,扩大我们对宇宙的理解。

相关文章

  • Battersby,斯蒂芬。“比光速还快的‘超光速子’可能根本不可能实现。”《新科学家》。2009年3月18日。(2012年7月24日)http://www.newscientist.com/article/dn16796-fasterthanlight-tachyons-might-be-impossible-after-all.html
  • 弗朗西斯,马修。"难以捉摸的马约拉纳费米子可能潜伏在冰冷的纳米线中"Ars Technica。2012年4月12日。(2012年7月24日)http://arstechnica.com/science/2012/04/experiment-may-have-found-majorana-fermions-in-a-nanowire/
  • 约翰斯顿,哈米什。“变色龙粒子融入了背景。”物理世界。2009年2月10日(2012年7月24日)http://physicsworld.com/cws/article/news/2009/feb/10/chameleon-particle-blends-into-the-background
  • "物理学家发现的马约拉纳费米子粒子证据"《Huff Post Science》。2012年4月15日(2012年7月24日)http://www.huffingtonpost.com/2012/04/14/majorana-fermion-particle-physicist-discovery_n_1425473.html
  • 马歇尔,D.A.等人。“蝙蝠侠坠落的轨迹。”物理学专题杂志。2011年12月9日。(2012年7月24日)https://physics.le.ac.uk/journals/index.php/pst/article/view/484/289
  • 神秘的“马约拉纳费米子”被发现——可能彻底改变对暗物质的理解和量子计算的未来。每天的星系。2012年4月16日。(2012年7月24日)http://www.dailygalaxy.com/my_weblog/2012/04/long-sought-mystery-particle-discovered-could-revolutionize-understanding-of-dark-matter-future-of-q.html
  • 奥尼尔,伊恩。“黑洞是奇异粒子蜜罐?”探索新闻。2012年6月18日。(2012年7月24日)http://news.discovery.com/space/black-holes-as-exotic-particle-honeypots.html
  • 林康,保罗。“天文学家鉴定出的中微子‘幽灵粒子’。”BBC新闻。2010年6月22日。(2012年7月24日)http://www.bbc.co.uk/news/10364160
  • “速子。”沃尔夫勒姆研究。(2012年7月24日)http://scienceworld.wolfram.com/physics/Tachyon.html
  • “引力子。”BBC广播4。(2012年7月24日)http://www.bbc.co.uk/programmes/p003k9ks
  • 魏,丽莎。“什么是引力子?哪里可以找到它?”对天文学好奇。2003年6月。(2012年7月24日)http://curious.astro.cornell.edu/question.php?number=535

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