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[科技] 超級強子撞擊機 Large Hadron Collider,LHC 模擬宇宙大爆炸

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宇宙形成之謎將解開 科學家快找到「上帝粒子」

經過四十年尋尋覓覓,科學界正熱切期待歐洲核子研究中心(CERN)公布外號「上帝粒子」的希格斯玻色子(Higgs boson)的存在,以解開許多宇宙謎團。該研究中心其中一個研究小組周二宣稱,已獲得最新的研究數據,有助收窄找尋這種難以捉摸的粒子的範圍。

  歐洲核子研究中心的研究人員指出,希格斯玻色子最有可能在研究這種粒子的超級強子撞擊機(LHC)的低能量範圍找到。領導這個小組進行ATLAS實驗的的意大利女物理學家賈諾蒂(Fabiola Gianotti)指出,實驗過程的最熱區域是在該撞擊機的低能量範圍,有迹象顯示希格斯玻色子的存在。她指若有足夠數據,可在明年確定發現這種粒子或排除有這種粒子存在。

  構成宇宙所有物質

  該中心另一個進行CMS實驗的研究小組,將於當地時間周二稍後公布研究結果。

  理論而言,希格斯玻色子相信是構成所有物質及宇宙的基本單位,沒有這種粒子便沒有地心吸力,甚至沒有宇宙,因此它被稱為「上帝粒子」。

  這項研究在法國與瑞士邊境接近日內瓦的超級強子撞擊機進行,它是一條二十七公里長的環形隧道,深埋地下一百米。

  外號「宇宙大爆炸機器」的超級強子撞擊機,耗資約一百億美元(約七百八十億港元)建造,模擬進行宇宙大爆炸,創造宇宙誕生後少於一秒鐘的情況。

  超級強子撞擊機重量超過三萬八千噸,將一束高能原子核心的質子加速至接近光速,並以前所未有的能量互相碰撞。

  英國科學家希格斯(Peter Higgs)四十多年前推斷希格斯玻色子的存在,這種粒子就是以他的名字命名。他的理論解釋了為何原子及任何物質,在宇宙中有重量。

  科學家尋覓逾40年

  希格斯接受英國月刊《展望》採訪時表示:「我很難想像,要是它不存在,標準模型理論怎麼成立。」

  當代粒子物理學標準模型(Standard Model)理論預言有六十二種基本粒子存在,希格斯玻色子是唯一尚未被發現的粒子,它是所有物質的質量之源。

  據稱希格斯玻色子於一百三十七億年前的大爆炸中出現,並讓其餘的殘骸凝聚成星系、恆星和行星。

  甚麼是「上帝粒子」?

  ●希格斯玻色子(Higgs boson),別稱「上帝粒子」,如果成功發現,有助科學家把物理學定律中若干概念串連起來。物理學家一直相信,希格斯玻色子為宇宙萬物給予質量,並在創世大爆炸後對宇宙的形成起了關鍵作用。找到「上帝粒子」,就可模擬宇宙大爆炸,有助破解宇宙誕生之謎。

  甚麼是「大爆炸」?

  ●根據大爆炸(Big Bang)理論,宇宙是在約140億年前由一個密度極大、温度極高的狀態演變而來。科學家認為大爆炸是宇宙不斷膨脹的唯一解釋。大爆炸後一片混沌,其後星體形成,變生出宇宙。

  超級強子撞擊機(LHC)是甚麼?

  ●有史以來最大及最複習的機器,科學家希望利用它模擬「大爆炸」毫秒後的狀態,以探究「大爆炸」如何在137億年前創造宇宙。

  ●全速運作時,數以萬億計質子在環形加速器內每秒運行11245次,相當於光速99.99%,足以在每秒進行6億次撞擊。

  ●兩束質子相撞時,產生的高溫相當於太陽中心的10萬多倍。

  實驗要解答的部分問題

  ● 上帝粒子」(希格斯玻色子)是否存在?該粒子被視為物質之源,是蘇格蘭物理學家希格斯於近50年前所假設。證實此粒子存在,有助尋找物理學的「大一統理論」。

  ●有額外空間存在嗎?人類已知由三維空間加上時間軸構成的四維空間,但部分理論認為可能有多達二十六維空間。


http://hk.news.yahoo.com/%E5%AE%87%E5%AE%99%E5%BD%A2%E6%88%90%E4%B9%8B%E8%AC%8E%E5%B0%87%E8%A7%A3%E9%96%8B-%E7%A7%91%E5%AD%B8%E5%AE%B6%E5%BF%AB%E6%89%BE%E5%88%B0-%E4%B8%8A%E5%B8%9D%E7%B2%92%E5%AD%90-220933217.html
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覓到宇宙質量失落的拼圖
上帝粒子現蹤影

科學界研究宇宙起源取得重大突破,歐洲核研究組織( CERN)科學家昨日(周二)宣佈,在大型強子對撞器( Large Hadron Collider, LHC)的最新數據中,找到了有「上帝粒子」之稱的希格斯玻色子( Higgs boson)的蹤迹,收窄了可確定它位置的範圍。雖然證實希格斯玻色子存在短期不影響人類生活,卻填補了物理學界解釋大自然最深層結構理論失落的一塊拼圖。

意大利物理學家賈諾蒂( Fabiola Gianotti)在 CERN研討會上指出,有迹象顯示希格斯玻色子最大機會存在於 126電子伏特( GeV)較低能量範圍。她相信這很可能就是希格斯玻色子所在的位置,但現在下結論言之尚早。她說:「仍需要更多研究和更多資料。未來數月將會很刺激……我不知道結論會是甚麼。」

物理學「聖杯」媲美發現 DNA

當代粒子物理學標準模型( Standard Model)指有 62種基本粒子存在,希格斯玻色子是唯一尚未被發現的粒子。物理學家相信,它是所有物質的質量之源,是促成宇宙形成的重要粒子,特點之一是極難發現和分辨,有人形容它是物理學家的「聖杯」。發現到它的存在,將是 21世紀科學界其中一個重大突破,更可與 60年前發現脫氧核糖核酸( DNA)雙螺旋結構相提並論。
CERN科學家為了尋找希格斯玻色子存在的證據,在 2008年啟動位於瑞士和法國邊界山脈地底的 LHC,模擬 137億年前宇宙大爆炸,希望從而尋找希格斯玻色子蹤影。 LHC從構思到建成歷時近 20年,價值 100億美元( 780億港元),吸引了 80個國家 5,000名科學家參與。
在撞擊器內那條 27公里長的圓形隧道,超導磁鐵會把質子和離子加速至接近光速,然後相撞,在極細微空間爆發 10萬倍太陽溫度的超級高溫。這一刻就像宇宙大爆炸之後,釋放大量能量和基本粒子,冷卻後形成組成物質的質子和中子。若物理學理論正確,每萬億次粒子撞擊,就會有數粒希格斯玻色子產生,它們很快就會衰壞,留下螺旋形條紋殘迹,足證它們存在。
CERN有兩個團隊分別以兩套不同的探測儀器,包括 ATLAS探測器和 CMS探測器,試圖證實希格斯玻色子存在。通過這兩種獨立運作模式,兩個團隊的探測結果既相互獨立,又可以相驗互證,兩者結果的相近程度,將是確定是否發現希格斯玻色子的重要衡量指標。

尋覓 30年 首次瞥見

其中一個團隊的發言人指,他們單在今年就檢視了 350萬億次粒子碰撞的殘骸,其中約有 10次可能已讓希格斯玻色子現形,其質量約 1200至 1250億電子伏特,即質子的 120至 125倍。兩個團隊最新都是收窄了可找到希格斯玻色子的範圍。
即使成功「首次瞥見」希格斯玻色子,基於物理學界追求極度準確,兩個團隊都不會清楚指出證實了希格斯玻色子的存在,只說有迹象顯示它存在。 CERN前負責人埃利斯( John Ellis)說:「人類將首次瞥見希格斯玻色子。它是基本粒子理論中失落了一塊拼圖。我們尋尋覓覓 30年,終將找到它了。」
但有份參與這研究計劃的科學家肯尼迪( Bruce Kennedy)指出,即使真的發現了希格斯玻色子,也只是另一階段研究的開始。他說:「我們將要了解它的特質,以證實它是否能準確用於我們的理論解釋中。」
英國《每日郵報》/美國《華盛頓郵報》

尋覓「上帝粒子」解構圖

科學家透過大型強子對撞器,模擬宇宙大爆炸,從釋放出來的大量能量和基本粒子中,尋找有「上帝粒子」之稱的希格斯玻色子。


CERN希望透過模擬宇宙大爆炸後一刻,大量粒子互相撞擊,可找到希格斯玻色子存在證據。




大型強子對撞器

大型離子對撞實驗偵測器

緊湊渺子線圈偵測器

大型強子對撞器內的圓形隧道內,粒子加速,互相對撞。


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物理學里程碑 引證粒子理論

科學家在進行粒子對撞實驗中,假如「瞥見」或找到希格斯玻色子,都是物理學理論的里程碑,令粒子理論更完善。
本港中文大學物理系教授朱明中表示,這次研究對物理學粒子理論影響很大,主要在於研究基本粒子的「標準模型」理論,解釋基本粒子的質量。該理論指世界的物質是由基本粒子組成,多年來困擾科學家的是,像電子、夸克這些基本粒子所量到的質量從何以來。在標準模型內,「上帝粒子」的角色是賦予各種基本粒子質量,可稱為「質量之源」。「上帝粒子」是唯一在標準模型所預測的粒子中還沒被觀測到的,其質量極大,比質子重 100至 120倍,故需極高能量的加速器才可「找到」。
朱教授指出,發現「上帝粒子」將進一步引證這基礎的物理理論,可以解釋了現存物質的質量的來源,但要藉此解通宇宙起源,是超越了這理論,因為「上帝粒子」只有助科學家推測、估算宇宙最初的物理狀況,在學術上提供了一個更完整的圖像,可應用在天文、宇宙論等,像計算「宇宙最初的一秒鐘」狀況,可說是粒子理論研究的一個里程碑。


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理論受質疑掀賭局
希格斯、霍金對罵

希格斯玻色子存在與否,物理學界並無一致看法,理論物理學家霍金( Stephen Hawking)是最知名的反對者,他曾公開打賭沒這種粒子,引起提出玻色子理論的英國理論物理學家希格斯( Peter Higgs)罵戰。
現年 82歲的希格斯,在 1960年代構思出「希格斯力場」( Higgs Field)機制,認為有種粒子是物質的質量之源,填補了標準模型理論所無法解釋有關粒子和質量的部份。他更因而被視為角逐諾貝爾獎的人選。
但幾年前,霍金公開打賭,指歐洲大型強子對撞機永不會找到希格斯玻色子,更押下 100美元( 780港元)作為賭注。希格斯這位愛丁堡大學榮譽教授,對霍金的挑釁當然不忿,曾指對方「功課做得不夠好」,又說接受霍金這位物理學界猛人挑戰,就像「批評已故戴安娜王妃一樣」。
非正式統計也顯示,過去 10年絕大部份物理學家都傾向認同希格斯的理論,認為只要大型強子對撞機運作時間夠長,希格斯玻色就會出現。


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科學家憂慮多 恐現黑洞 末日

大型強子對撞器( LHC)曾有「末日機器」之稱,在 2008年首次進行粒子對撞時,有科學家曾擔心模擬宇宙大爆炸的實驗,可能造成世界末日,甚至打開時光隧道,但實驗進行了三年,地球仍然存在,證明這些科學家都過慮了。
當時有科學家憂慮, LHC重現宇宙大爆炸一刻,可能產生微型黑洞噬地球,但 CERN反駁指實驗不會形成黑洞。英國教授史密斯說:「實驗中的粒子撞擊,在大自然中出現過 10萬次以上,從沒出現黑洞!」
另有科學家曾擔心 LHC可能產生夸克( quark),夸克比原子和質子細小,至少可分成上夸克、下夸克和奇異夸克三類。由三類夸克組成的物質,叫奇異夸克團,若狀態穩定,可產生連鎖效應,將地球所有原子核轉變,令地球變得熱氣騰騰、灰濛濛的黏性物質,但最後證實這憂慮落空。
亦有科學家擔心 LHC以近乎光速運作,粒子相撞後會扭曲空間,形成蟲洞,打開時光隧道,但實驗證明 LHC沒打開時光隧道,完全是某些科學家杞人憂天。

http://hk.apple.nextmedia.com/template/apple/art_main.php?iss_id=20111214&sec_id=15335&subsec_id=2756&art_id=15890696
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太空探索/宇宙最大結構 天文學家仔細檢視史隆長城

原文網址: 太空探索/宇宙最大結構 天文學家仔細檢視史隆長城 | 新奇新聞 | NOWnews 今日新聞網 http://www.nownews.com/2011/05/13/11622-2712214.htm#ixzz1lg8JzP9G
中國動亂事例大增凸顯社會不穩
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解宇宙起源之謎
「上帝粒子」找到了

經過近半世紀尋找,歐洲核研究組織( CERN)昨天(周三)宣佈,科學家分析比較大型強子對撞器( LHC)實驗數據後,幾乎可以肯定發現了一種新粒子,相信它就是有「上帝粒子」之稱的希格斯玻色子( Higgs boson)。新發現被視為科學界重大突破,有助解開宇宙起源之謎。

CERN證實「已發現一種和希格斯玻色子理論脗合的全新次原子粒子」,因旗下兩個獨立團隊分別各以 ATLAS和 CMS探測器進行探測,兩者的結果均顯示,這種新粒子存在於125至126電子伏特( GeV)的質量範圍之間,探測結果達到非常準確的5 Sigma標準,意味有99.99994%機會肯定這是一種新粒子。

希格斯感到震驚

在 CERN公佈這項發現後,全場即時掌聲雷動,歡呼聲四起。不過 CERN很謹慎,強調這是初部結果,基於物理學界追求極度準確,他們不會立即叫這新粒子做希格斯玻色子,需進行更多研究驗證有關結果。
最先提出玻色子理論的83歲英國物理學家希格斯( Peter Higgs)也有到場,坦言對科學家如此快就能得出這結果感到震驚,「我從未想過這情景會在我有生之年發生,我會叫家人先將香檳放入雪櫃」。
根據現行粒子物理學的「標準模型」( Standard Model)理論,宇宙萬物由62種基本粒子組成,但過去發現的61種粒子都無法解釋粒子質量從何以來,希格斯於1960年代提出,粒子質量是由未被觀測到的第62種粒子所賦予,這粒子因而被命名為希格斯玻色子,由於它是所有物質的質量之源,是促成宇宙形成的重要粒子,因此又稱為「上帝粒子」,其特點是質量極大,且極難發現和分辨,需以極高能量的加速器才可找到。

印證「標準模型」理論

2008年, CERN啟動位於瑞士和法國邊界山脈地底的 LHC,模擬137億年前宇宙大爆炸,試圖尋找上帝粒子。在撞擊器內的27公里長圓形隧道,超導磁鐵把質子和離子加速至接近光速後相撞,在極細微空間爆發10萬倍太陽溫度的超級高溫。這一刻就像宇宙大爆炸後,釋放大量能量和基本粒子,冷卻後形成組成物質的質子和中子,而每萬億次粒子撞擊,就會產生數粒希格斯玻色子,但它們只持續幾萬萬億分之一秒,很快衰變,要靠對撞器內的探測器捕捉它們留下的螺旋形條紋,以證明它們的存在。
科學界相信,發現「上帝粒子」將進一步印證「標準模型」理論,解釋到現存物質的質量來源,而研究結果亦有助他們對構成96%宇宙、謎一樣的暗物質和暗能量有進一步了解。但有粒子物理學家指,「標準模型」尚有幾個漏洞,例如解釋不到為何有些粒子有質量,有些卻沒有,所以今次發現「上帝粒子」,也只是修補了當中一個漏洞,「我們仍對甚麼物質形成宇宙其餘96%毫無頭緒,這足以讓我們再忙多數十年」。
美聯社/路透社/法新社

尋覓「上帝粒子」解構圖

科學家透過大型強子對撞器,模擬宇宙大爆炸,從釋放出來的大量能量和基本粒子中,找到有「上帝粒子」之稱的希格斯玻色子。

希格斯玻色子 Q&A

Q:甚麼是希格斯玻色子?
A:是構成宇宙的最基本組成粒子,並賦予各種基本粒子質量,可謂「質量之源」,但特點是極難發現和分辨,故被稱為「上帝粒子」。

Q:有何重要性?
A:一直是粒子物理學「標準模型」中假想的粒子,今次被科學家尋獲,證明「標準模型」的正確性,有助揭開宇宙的奧秘。

Q:如何捕獲這粒子?
A:透過大型強子對撞器,把兩束質子加速至近乎光速,再讓它們迎面相撞,再用4座偵測器探測對撞後產生的新粒子。法新社

http://hk.apple.nextmedia.com/international/first/20120705/16485674


CERN在 LHC做實驗,把兩束質子和離子以接近光速相撞,模擬宇宙大爆炸時,偵測到一種新粒子存在,而該粒子跟希格斯玻色子理論吻合。法新社

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[ 本帖最後由 后太禧慈 於 2012-7-5 16:58 編輯 ]

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