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自然科學論文選讀

發(fā)布時間:2022-01-11

自然科學論文選讀


  第四個故事就是尋找反物質的宇宙。這在國際空間站上叫做ams。反物質的存在,是由玻爾•狄拉克在理論上推導出的。他在1933年12月12日獲得了諾貝爾獎。他注意到,相對論的公式和量子電動力學的公式,質量都是乘平方的,也就是說等于m×m,也等于-m×-m,狄拉克問-m是什么意思,從這兒就推導反物質的理論。這也表示拿諾貝爾獎是很容易的。因為現(xiàn)在我們從實驗上知道,所有的粒子有反粒子。我所要問的是另一個問題,大家都知道,宇宙是大爆炸形成的,大爆炸的理論中,宇宙起源時的溫度高,因為大爆炸以前什么都沒有,所以有一個電子則應該有一個反電子,有一個夸克也應該有一個反夸克,所以在剛爆炸的時候,物質和反物質應該是一樣多。問題是經(jīng)過150億年之后由反物質組成的宇宙在什么地方。我們知道宇宙在有he、有ti的太空中飄行,有沒有反物質所組成的宇宙也產(chǎn)生反he和反ti。所以我們從實驗上需要知道的是由反物質組成的宇宙在何處。假設它存在的話,我們應該在太空中找到反he反ti原子。反he、反ti原子不能在地面上找到,因為在穿過大氣的時候,它們會被湮滅掉。因為原子和反原子有相反的電荷,所以尋找反原子必須用磁鐵來測量,在磁場上的軌道,正的向一個方向旋,負的向另一個方向旋,這就是我現(xiàn)在所做的實驗的目標,即ams,它是空間站上唯一的物理實驗! 
  過去40年內,許多的實驗用哈勃望遠鏡、用人造衛(wèi)星測量光子,但在宇宙中除了光子以外,還有帶電的粒子。帶電粒子因為有質量,所以在經(jīng)過大氣的時候很快就被消滅掉了,故不能在地面上找到。因為帶電,所以需要用磁鐵分出正負,這是人類第一次測量這些東西,所以覺得現(xiàn)在的結果很奇怪,可能過了三、五年之后,對這種現(xiàn)象了解以后,就會覺得很自然了,這是我最簡單的解釋。美國宇航局決定在XX年5月將ams實驗作為在空間站上的第一個科學實驗。原結構中用的中國制造的永久磁鐵改為超導磁鐵,大幅度提高ams控測力,從太空中長期產(chǎn)生更多的數(shù)據(jù),超導磁鐵用于太空中是高技術發(fā)展的一個體現(xiàn),不多久前還認為是不可能的。這是我們所制造的超導磁鐵,在英國和瑞士制造的,這是磁鐵的線圈,帶上2500升的液體的he,在空間站上做三年,這是整個探測器,這兒有超導磁鐵,這個儀器用于分辨電子和質子,這個儀器測量不同的粒子,這個用于測量電子和光子。假使不出錯誤,到XX年的晚上,天晴的話,可以看到這個空間站,因為它非常大,可以看到它像星星一樣轉,到那時你會記住上面有一個ams的實驗。它要解決兩個問題,一是宇宙如起源于大爆炸,一半的宇宙是正物質組成,另一半的宇宙是反物質組成,那么反物質所組成的宇宙在什么地方;第二個問題是90%的宇宙是觀察不到的,它是由暗物質組成的,暗物質是什么?這些都是理論,到底會發(fā)現(xiàn)什么呢?可以從下一個圖里看出,F(xiàn)在向大家介紹一下在過去50年內加速器的發(fā)展。最早的加速器是袁家騮教授所用的布爾凱文國家實驗室的加速器,至今快50年了,原定的目標是π質子相互作用,袁先生作了非常重要的貢獻。除了這以外,更重要的是發(fā)現(xiàn)兩種中微子,時間繁衍的破壞j粒子,費爾美國家實驗室在芝加哥,原來是做中微子物理實驗,發(fā)現(xiàn)的是第五種、第六種夸克。斯坦福直線加速器原來是做電子質子彈性散射和量子電動力學,結果發(fā)現(xiàn)的是部分si-partical和第三種氫子。日內瓦的質子質子對撞機,原目標是找z和w,結果發(fā)現(xiàn)是質子質子總切面的增加。所以要做加速器,先找理論物理學家?guī)湍銓懸粋目標。根據(jù)過去50年的經(jīng)驗,原來的目標和實際發(fā)現(xiàn)完全是兩回事情。因為這是最先進的科學,是沒有辦法預見的。所以最后一個體會,就是要實現(xiàn)一個目標,最重要的要有好奇心。對自己做的事情感興趣,要勤奮地工作! 
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