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报码:【j2开奖】对二十世纪物理学的省思——温伯格:关于自然本身 | 周末读书(2)

时间:2016-10-16 09:07来源:本港台现场报码 作者:j2开奖直播 点击:
那么我们现在怎么办?我相信我们没有理由谈论基本物理的终结。我也不认为(尽管我不是很肯定)物理的风格有必要作大的改变。在我看来遵循本世纪行

  那么我们现在怎么办?我相信我们没有理由谈论基本物理的终结。我也不认为(尽管我不是很肯定)物理的风格有必要作大的改变。在我看来遵循本世纪行之有效的还原论的模式就有很大的希望取得进步。明确一点说,有两条路线还没有穷尽:一条高的,一条低的,这里的“高”和“低”指的是欲研究之过程的能量的高低。

  路线之一,低的,就是通过理论物理学家和实验物理学家的共同努力,在实验室可达到的能量尺度上努力达成对物理学的理解。能量越高,可研究的结构的尺度就越小;凭借不高于万亿电子伏特的能量,我们无法对约为电子大小1%的结构进行研究。如上所述,此尺度上的物理可以由标准模型加以描述。此理论部分地是基于一个对称性原理,该对称性禁止理论方程中出现的、已知的基本粒子获得任何质量。已知粒子之外的某个存在必须打破这个对称性。在理论的初始版本,这个“某个存在”是充满宇宙的一个场,它以地球引力场破坏了上下对称性同样的方式破坏了(标准模型理论里的)对称性。该场的量子在实验中会以粒子的面目出现,被称为Higgs粒子。还有其它的替代方案,但所有的理论都认为若我们在能够产生万亿电子伏特量级的质量——即质子质量的一千倍——上进行碰撞实验,一定会有标准模型中已知粒子以外的“某个事物”出现。

  理解对称破缺机理的细节是至关重要的,因为是这个机理确立了夸克、电子和其它已知粒子的质量尺度的。而在最简单版本的标准模型理论中出现的唯一质量是Higgs粒子的质量。从质量的单位我们可以推导出长度的单位,所以这也确立了基本粒子的特征长度尺度了。因此,如果我们要解决“层次结构难题”,即如何理解我们在实验室遭遇的尺度——比如电子的大小——同所有的力得以统一的尺度之间的巨大差异的难题,就必须理解这个对称破缺机制。

  我们希望在超级超导对撞机上解决的就是这个问题。现在,美国国会已经决定取消超级对撞机项目,我们寄希望于在欧洲建造一个类似的对撞机,大型重子对撞机。同时,我们会有相当的机会获知在哪里能找到Higgs粒子或其替代物的进一步信息。其关键点是牵扯到这一(或这些)粒子不断产生和湮灭的量子涨落会在当前设施能够测量到的一些量上,比如W子的质量,有些微的效应。我们预计,欧洲联合核子中心进行的实验能够更精确地确定W子的质量,而费米实验室的实验正朝着精确测量顶夸克的质量努力着,顶夸克的质量也会影响W子的质量。如果这件事得以完成,我们将能够估算Higgs粒子的质量(如果恰好有一个的话),或者排除存在任何质量的单一Higgs粒子的可能性。但我们依然需要大型重子对撞机来锁定为基本粒子提供质量的对称破缺机制。

  在我们等待下一代大型加速器期间我们的实验可能会有一些新的发现。这包括中子或电子的电偶极矩,一些对称破缺理论要求电偶极矩的出现,或者各种为了解决层次结构问题而提出来的理论(超对称性,人工色理论)所预言的粒子。在最终统一的非常小的尺度上发生的物理过程可能会直接产生一些微弱的效应,比如质子的衰变或中微子的质量。这些奇异的效应可表现为违反前述可重整化原理的对标准模型之补充。虽然不是被禁止的,但是这些效应同距其发生点之微小距离的高阶幂成正比,因此是非常小的,这也可能是它们至今未被探测到的原因。但将来它们也许会被探测到。不久将有一台新的名为超级神冈探测器的地下设施要建成,开奖,也许能发现质子的衰变;而对来自太阳的中微子的研究间接暗示中微子质量的存在。所有这些,或其中任何的一个,都可能在未来的实验中出现。自从标准模型完成之日我们这么说了近二十年了,但目前为止一个也没有(得到证实)。

  现在来说高的途经。相当一部分粒子理论学家如今试图越过所有中间步骤而直接进行到终极的统一理论,不再等待新的数据。在标准模型取得成功后的1970年代的一段时间里,人们认为终极的统一理论应该取量子场论的形式,类似标准模型但更简单、更显统一。这个愿望如今相当程度上已被放弃了。原因之一是,我们现在明白任何物理上令人满意的理论在足够低的能量上都应该看起来象是量子场论,因此标准模型中量子场论的巨大成功并不能告诉我们任何关于深层的、可以导出标准模型之理论的有用信息。标准模型被看成一种"有效"量子场论,即一种相当不同的基本理论的低能近似。试图将引力纳入量子场论框架内的努力所不断遭遇的失败表明终极的基本理论是相当不同的。

(责任编辑:本港台直播)
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