用小试验追溯大秘密

梁坤

在浩淼的宇宙深处，到底还隐藏着多少不为我们所知的秘密，几十年来，世界各地的科学家都希望能够更清晰地认识宇宙。而随着试验技术的发展，人类除了通过发射太空探测器来研究宇宙之外，开始更多地在实验室通过科学仪器来模拟和探测宇宙深处。

美国SLAC实验室的三项试验

浩瀚的宇宙中分布着表面带有猛烈撞击疤痕的各种天体，明亮恒星上发生的核聚变反应可产生巨大的能量；大规模的爆炸将物质抛向远处。为了研究上述现象，美国能源部SLAC国家加速器实验室的研究人员们进行了复杂的实验和计算机模拟，在实验室内重建了小规模的宇宙环境。SLAC高能量密度科学部长西格弗里德·伦茨（Siegfried Glenzer）表示，一系列技术突破带来了实验室天体物理学领域的迅速发展。

该实验室现拥有可制造物质极端状态的高功率激光器、可在原子层面分析这些状态的最前沿的X射线源和能够进行复杂模拟帮助解释实验的高性能超级计算机。高压能使碳的一种柔软形态——石墨转化为碳的坚硬形态——金刚石。同样的现象在流星撞击地面石墨时也会发生吗？科学家们的预测是肯定的，事实上可能会产生一种名为六方金刚石的物质，它比普通的金刚石更加坚硬。

研究人员使用能够发出震荡波的强大的激光脉冲对石墨表面进行加热，通过使用直线加速器连贯光源（LCLS）照射样品，使研究人员能够观察到震荡改变石墨原子结构的过程。观察结果证实了科学家们的上述猜想，他们表示，对地面上的六方金刚石（蓝丝黛尔石）进行追踪有助于确认流星撞击处。

第二项研究围绕着巨大气体行星内发生的特殊转变，例如内部充满液态氢的木星，在高压高温条件下，这种物质从“常规”的电绝缘状态转变成了金属导电状态。伦茨表示，对这一过程的研究为行星形成和太阳系演化提供了新的认识。他和同事们使用高能Janus激光器对液态氘（重氢）迅速挤压加热，同时制造X射线喷射以观察样本后续的结构变化。在250000个大气压和7000华氏度的条件下，氘从一种中性的绝缘流体转变为一种电离金属。

第三项研究是关于等离子体这种宇宙加速器的，科学家们认为磁重联是其背后的主要驱动力；磁重联是一种磁力线在等离子体中断裂并以不同方式重新连接的过程。科学家们对此也进行了大量的计算机模拟和计算，为研究粒子从磁重联中获取能量的过程做了铺垫。

欧洲LHC准备新的对撞试验

欧洲的大型强子对撞机（LHC）目前也正准备粒子对撞的另一个试验，来揭开宇宙的奥秘。这些碰撞是大爆炸的迷你版本，有助于发现全新的粒子，这将颠覆我们对物理的理解。自从去年12月份两个单独的LHC探测器出现了新粒子的早期迹象，科学家们已对这一可能性感到兴奋。他们表示这将超越他们于2012年发现的希格斯玻色子。理论物理学家萨巴·萨齐表示如果这是真的，这可能是他职业生涯中所看到的最令人激动的事情，比发现希格斯玻色子本身更令人兴奋。

欧洲核子研究中心的设施以系列加速器为特色，其中最大的是LHC，建立在一个17多英里（27千米）长的隧道里。成千上万的科学家、工程师和技术人员花了几十年来规划和建设的机器。这台机器被安置于法国和瑞士的边界地下，并已取得了一些重大发现。2012年，欧洲核子研究中心的科学家发现了希格斯玻色子。“希格斯”杀进了物理学的标准模型，它的目的是解释宇宙是如何在在无穷小的水平上构造的。上个月，他们宣布发现了一种新的粒子，称为五夸克态类。

科学家现在想让更多的光照在“暗物质”上。他们也希望能揭示关于超对称性的新细节。粒子物理标准模型无法解释，它的存在可能会导致一个全新的粒子集的发现，甚至可能是第五种基本力。约翰·爱乐斯教授表示如果它真的存在，这将是完全超越标准模型的东西，是一组大的全新粒子的冰山一角。2015年12月，Cern的两探测器，ATLAS和CMS正在寻找新物理，发现了一个潜在的新粒子。Cern官方表示这个神秘粒子将比顶夸克重将近4倍，比希格斯重6倍。

科学家表示如果上述结果得到证实，这可能有助于阐明谜团，或它可以向引力子发射信号。但仍有许多不明原因，物理学家表示新粒子的发现，无论今年还是以后，碰撞变得越来越强大可能是不可避免的。阿特拉斯团队负责人达夫·卡尔顿表示去年12月的结果可能只是一个“波动”，在这种情况下对科学来说真的不算任何结果。

欧洲核子研究中心的科学家现正在做安全测试，在大束的粒子砰击在一起之前擦净对撞隧道，希望能生产出足够的数据来来明确这一奥秘。该设施面临一系列的障碍，上星期五它因为一只黄鼠狼的破坏而暂停工作。

尽管面临挑战，LHC最近几年前所未有的力量已经颠覆了物理学。无论发生什么，实验家和理论家都同意由于高强度碰撞带来的大量数据，2016将是令人兴奋的一年。在能源方面，LHC将接近全油门。但伊萨卡康奈尔大学的理论家Csaki表示初步的研究结果还没有资格被称为新发现。