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自然科學(xué)論文選讀

發(fā)布時(shí)間:2022-01-11

自然科學(xué)論文選讀


  第四個(gè)故事就是尋找反物質(zhì)的宇宙。這在國(guó)際空間站上叫做ams。反物質(zhì)的存在,是由玻爾•狄拉克在理論上推導(dǎo)出的。他在1933年12月12日獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。他注意到,相對(duì)論的公式和量子電動(dòng)力學(xué)的公式,質(zhì)量都是乘平方的,也就是說(shuō)等于m×m,也等于-m×-m,狄拉克問(wèn)-m是什么意思,從這兒就推導(dǎo)反物質(zhì)的理論。這也表示拿諾貝爾獎(jiǎng)是很容易的。因?yàn)楝F(xiàn)在我們從實(shí)驗(yàn)上知道,所有的粒子有反粒子。我所要問(wèn)的是另一個(gè)問(wèn)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(shí)的溫度高,因?yàn)榇蟊ㄒ郧笆裁炊紱](méi)有,所以有一個(gè)電子則應(yīng)該有一個(gè)反電子,有一個(gè)夸克也應(yīng)該有一個(gè)反夸克,所以在剛爆炸的時(shí)候,物質(zhì)和反物質(zhì)應(yīng)該是一樣多。問(wèn)題是經(jīng)過(guò)150億年之后由反物質(zhì)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(méi)有反物質(zhì)所組成的宇宙也產(chǎn)生反he和反ti。所以我們從實(shí)驗(yàn)上需要知道的是由反物質(zhì)組成的宇宙在何處。假設(shè)它存在的話,我們應(yīng)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?yàn)樵诖┻^(guò)大氣的時(shí)候,它們會(huì)被湮滅掉。因?yàn)樵雍头丛佑邢喾吹碾姾,所以尋找反原子必須用磁鐵來(lái)測(cè)量,在磁場(chǎng)上的軌道,正的向一個(gè)方向旋,負(fù)的向另一個(gè)方向旋,這就是我現(xiàn)在所做的實(shí)驗(yàn)的目標(biāo),即ams,它是空間站上唯一的物理實(shí)驗(yàn)! 
  過(guò)去40年內(nèi),許多的實(shí)驗(yàn)用哈勃望遠(yuǎn)鏡、用人造衛(wèi)星測(cè)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?yàn)橛匈|(zhì)量,所以在經(jīng)過(guò)大氣的時(shí)候很快就被消滅掉了,故不能在地面上找到。因?yàn)閹щ姡孕枰么盆F分出正負(fù),這是人類第一次測(cè)量這些東西,所以覺(jué)得現(xiàn)在的結(jié)果很奇怪,可能過(guò)了三、五年之后,對(duì)這種現(xiàn)象了解以后,就會(huì)覺(jué)得很自然了,這是我最簡(jiǎn)單的解釋。美國(guó)宇航局決定在XX年5月將ams實(shí)驗(yàn)作為在空間站上的第一個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。原結(jié)構(gòu)中用的中國(guó)制造的永久磁鐵改為超導(dǎo)磁鐵,大幅度提高ams控測(cè)力,從太空中長(zhǎng)期產(chǎn)生更多的數(shù)據(jù),超導(dǎo)磁鐵用于太空中是高技術(shù)發(fā)展的一個(gè)體現(xiàn),不多久前還認(rèn)為是不可能的。這是我們所制造的超導(dǎo)磁鐵,在英國(guó)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(gè)探測(cè)器,這兒有超導(dǎo)磁鐵,這個(gè)儀器用于分辨電子和質(zhì)子,這個(gè)儀器測(cè)量不同的粒子,這個(gè)用于測(cè)量電子和光子。假使不出錯(cuò)誤,到XX年的晚上,天晴的話,可以看到這個(gè)空間站,因?yàn)樗浅4,可以看到它像星星一樣轉(zhuǎn),到那時(shí)你會(huì)記住上面有一個(gè)ams的實(shí)驗(yàn)。它要解決兩個(gè)問(wèn)題,一是宇宙如起源于大爆炸,一半的宇宙是正物質(zhì)組成,另一半的宇宙是反物質(zhì)組成,那么反物質(zhì)所組成的宇宙在什么地方;第二個(gè)問(wèn)題是90%的宇宙是觀察不到的,它是由暗物質(zhì)組成的,暗物質(zhì)是什么?這些都是理論,到底會(huì)發(fā)現(xiàn)什么呢?可以從下一個(gè)圖里看出,F(xiàn)在向大家介紹一下在過(guò)去50年內(nèi)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室的加速器,至今快50年了,原定的目標(biāo)是π質(zhì)子相互作用,袁先生作了非常重要的貢獻(xiàn)。除了這以外,更重要的是發(fā)現(xiàn)兩種中微子,時(shí)間繁衍的破壞j粒子,費(fèi)爾美國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在芝加哥,原來(lái)是做中微子物理實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)的是第五種、第六種夸克。斯坦福直線加速器原來(lái)是做電子質(zhì)子彈性散射和量子電動(dòng)力學(xué),結(jié)果發(fā)現(xiàn)的是部分si-partical和第三種氫子。日內(nèi)瓦的質(zhì)子質(zhì)子對(duì)撞機(jī),原目標(biāo)是找z和w,結(jié)果發(fā)現(xiàn)是質(zhì)子質(zhì)子總切面的增加。所以要做加速器,先找理論物理學(xué)家?guī)湍銓?xiě)一個(gè)目標(biāo)。根據(jù)過(guò)去50年的經(jīng)驗(yàn),原來(lái)的目標(biāo)和實(shí)際發(fā)現(xiàn)完全是兩回事情。因?yàn)檫@是最先進(jìn)的科學(xué),是沒(méi)有辦法預(yù)見(jiàn)的。所以最后一個(gè)體會(huì),就是要實(shí)現(xiàn)一個(gè)目標(biāo),最重要的要有好奇心。對(duì)自己做的事情感興趣,要勤奮地工作! 
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