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2010年12月21日09:39 | 中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng) www.chinagate.cn | 給編輯寫信 字號(hào)：T|T

歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的緊湊型μ子螺旋型磁譜儀(CMS)

對(duì)撞事件如標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)期的那樣進(jìn)行。這種事件是尋找迷你黑洞的背景

北京時(shí)間12月21日消息，據(jù)美國(guó)《連線》雜志報(bào)道，歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)首次對(duì)撞實(shí)驗(yàn)不斷帶給人驚喜。上周，緊湊型μ子螺旋型磁譜儀(簡(jiǎn)稱CMS)任務(wù)團(tuán)隊(duì)宣布，他們向《物理快報(bào)》雜志提交了一篇論文，描述了對(duì)某些形式的弦理論的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

據(jù)任務(wù)團(tuán)隊(duì)介紹，如果這種形式的弦理論是正確的，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)應(yīng)該可以生成迷你黑洞，不過(guò)這些黑洞會(huì)瞬間消失，而不是像某些人擔(dān)心的那樣吞噬地球。然而，對(duì)CMS探測(cè)器獲取數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明，黑洞能量衰減的信號(hào)顯然并不存在。

何為弦理論

弦理論試圖揭開(kāi)一個(gè)物理學(xué)謎團(tuán)，即物理學(xué)的兩大理論量子力學(xué)和相對(duì)論為何基本上不相容。弦理論假設(shè)四維空間之外還存在額外維度，從而將這兩種理論結(jié)合起來(lái)。弦論的一個(gè)基本觀點(diǎn)就是，自然界的基本單元不是電子、光子、中微子和夸克之類的粒子。這些看起來(lái)像粒子的東西實(shí)際上都是很小很小的弦的閉合圈(稱為閉弦)，閉弦的不同振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)就產(chǎn)生出各種不同的基本粒子。

我們?nèi)庋凼强床坏竭@些閉弦的，因?yàn)樗鼈儽痪o緊包在正常能量難以接近的微小半徑內(nèi)。在一種弦理論中——CMS探測(cè)器任務(wù)團(tuán)隊(duì)稱之為ADD模式，因?yàn)槭前⒖帷す椎隆⒓灸章逅?、德瓦利等三位科學(xué)家提出的——這種統(tǒng)一性具有重力的結(jié)果。通常情況下，重力相比其他力非常微弱，原因就在于，只有在能量是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的幾個(gè)數(shù)量級(jí)的情況下，它才能與剩余力達(dá)到統(tǒng)一。

但在ADD模式中，重力只是看上去微弱，因?yàn)槠渲幸徊糠直焕г谑Ｓ嗑S度中，這使得能量降至大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的范圍以內(nèi)。如果一切按照ADD模式預(yù)測(cè)的過(guò)程發(fā)展，以高于這種界限的能量相撞的粒子應(yīng)該處于小于額外溫度占據(jù)空間的距離內(nèi)。一旦發(fā)生這種情況，它們會(huì)感受到全部的重力，立即合并變成迷你黑洞。實(shí)際上，由于太小，這個(gè)黑洞幾乎經(jīng)由霍金輻射瞬間衰減。

未發(fā)現(xiàn)迷你黑洞能量衰減信號(hào)

這種衰減過(guò)程同粒子噴射物一樣清晰可見(jiàn)。物理學(xué)家曾表示人們應(yīng)該不會(huì)錯(cuò)過(guò)這個(gè)過(guò)程。但是，我們通常會(huì)將別的東西誤以為是黑洞。由量子色動(dòng)力學(xué)(quantum chromodynamics)主導(dǎo)的相互作用也會(huì)產(chǎn)生某種頻率的噴射物，所以，黑洞事件必須在這種背景下顯得“鶴立雞群”。這正是最新分析尋找的結(jié)果。CMS探測(cè)器任務(wù)團(tuán)隊(duì)模擬了弦理論和量子理論的噴射物的狀況，以便將其排除在外，從而挽救噴射物事件——這確實(shí)涉及到TSA掃描儀評(píng)估人員運(yùn)用的相同建模軟件。

接著，他們利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)能譜范圍內(nèi)的能量分析通過(guò)量子色動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生的背景噴射物水平，這些能量過(guò)低，不能產(chǎn)生黑洞。隨后，他們又將分析擴(kuò)展至黑洞應(yīng)該能出現(xiàn)的能量范圍，了解是否有信號(hào)在這種背景下十分明顯。結(jié)果，他們并沒(méi)有獲得這方面的發(fā)現(xiàn)。CMS探測(cè)器任務(wù)團(tuán)隊(duì)總結(jié)說(shuō)：“我們可以將3.5至4.5電子伏特最低質(zhì)量下生成黑洞的可能性排除，以在95%的置信水平下評(píng)估多維普朗克尺度?！?/p>

這一結(jié)果還對(duì)弦理論以外領(lǐng)域的研究意義重大。迷你黑洞不是科學(xué)家預(yù)測(cè)能量衰減為噴射物的唯一假定物質(zhì)，所以，缺乏高于背景的信號(hào)也對(duì)物理學(xué)本身帶來(lái)一些嚴(yán)重的限制。另一個(gè)有利之處是，所涉及的能量完全脫離大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的能力范圍。這樣，即便歷史更悠久的對(duì)撞機(jī)擊敗大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，生成希格斯粒子，我們顯然也能從大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的實(shí)驗(yàn)中獲取了一些有用的物理學(xué)成就。

與一些報(bào)道的截然相反的是，這項(xiàng)研究實(shí)驗(yàn)并不意味著弦理論將走向滅亡，其實(shí)只是突出了在這些能量下預(yù)測(cè)黑洞的模式。將某些模式排除在外是把可能性縮小的關(guān)鍵一步，大多數(shù)理論概念都有許多可能的模型，弦理論也不例外。實(shí)際上，僅存在ADD模式是完全可能的，因?yàn)槲锢韺W(xué)家正在尋找或能夠在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中實(shí)驗(yàn)的物質(zhì)。

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