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曹慶宏:尋蹤“對撞機(jī)唯象學(xué)”

  • 發(fā)布時(shí)間:2015-06-10 01:32:12  來源:科技日報(bào)  作者:佚名  責(zé)任編輯:羅伯特

  ■周三有約

  發(fā)生反應(yīng)的時(shí)間是10-24秒,產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量卻可以動用全世界的硬盤……

  為了解開宇宙的奧秘,高能物理學(xué)家們在混沌中摸索前行。理論物理學(xué)家和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家,似乎是朝著不同的方向漸行漸遠(yuǎn),遠(yuǎn)到聽不懂對方的語言。這時(shí),“翻譯”出現(xiàn)了,他們就是對撞機(jī)唯象學(xué)家。

  日前,記者走進(jìn)曹慶宏位于北大物理學(xué)院的辦公室,兩個(gè)學(xué)生正在墻上板書,滿眼公式在記者看來與天書無異。

  桌角掛滿了一排美國各地的汽車牌照,那是他美國留學(xué)的見證:2000年在美國密歇根州立大學(xué)獲得理論粒子物理博士學(xué)位,而后又在加州大學(xué)河濱分校、阿貢國家實(shí)驗(yàn)室和芝加哥大學(xué)做過兩次博后,直到2011年9月,曹慶宏才回至燕園任教。

  “對撞機(jī)唯象學(xué)一詞經(jīng)英文翻譯而來,其實(shí)英文名詞也是造出來的,主要研究和預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)模型和各種新物理模型在各種對撞機(jī)上的信號,從而為實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家尋找新物理信號提供重要的理論參考。通俗地說,我是給理論物理學(xué)家和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家當(dāng)‘翻譯’?!辈軕c宏告訴記者,這一學(xué)科出現(xiàn)的原因?yàn)?,做理論的人純粹做理論探索,根本不了解?shí)驗(yàn)信號是什么,甚至連電信號光信號是什么都不知道,而實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家則對理論方面知之甚少。

  因此,曹慶宏既要告訴做實(shí)驗(yàn)的人去如何驗(yàn)證各種理論模型,還要提醒構(gòu)造理論模型的人該關(guān)注什么樣的實(shí)驗(yàn)信號。

  這一學(xué)科的尷尬可能是理論研究人員會說“模型是我構(gòu)造的”,而實(shí)驗(yàn)學(xué)家會說“數(shù)據(jù)是我收集的”。高能物理就是這般奇妙,甚至可說是虛無縹緲,同樣在一層樓里坐著,曹慶宏和坐在對面辦公室里的教授,并不完全理解對方在研究什么。他們研究的是在比一剎那還要微小無數(shù)倍的時(shí)間段里,我們能描述出的最小的粒子之間的關(guān)系,而這個(gè)幾乎忽略不計(jì)的瞬間,也許是他們一生也參不透的玄機(jī)。

  81歲的比利時(shí)物理學(xué)家弗朗索瓦·恩格勒和84歲的英國物理學(xué)家彼得·希格斯獲得了2013年諾貝爾物理學(xué)獎,原因是他們成功預(yù)測了希格斯粒子,也就是“上帝粒子”存在。那時(shí)距離他們提出這一理論已過去幾乎半個(gè)世紀(jì),諾貝爾獎委員會也在頒獎公告中說,諾貝爾獎得主可能不會想到能在有生之年看到其理論得到證實(shí)。

  這也得益于來自全球的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家和對撞機(jī)唯象學(xué)家的不懈努力。2007年11月,世界最大的粒子加速器LHC建設(shè)完成。LHC全名叫做大型強(qiáng)子對撞機(jī)(The Large Hadron Collider)。LHC主要目標(biāo)之一就是尋找超出標(biāo)準(zhǔn)模型之外的新物理信號,這正是當(dāng)前高能粒子物理的核心任務(wù),也是曹慶宏的主要研究方向,他的研究主要集中在對高能對撞機(jī)上收集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行理論解釋以及探討各種可被LHC檢驗(yàn)的新物理信號。

  對撞機(jī)的發(fā)生反應(yīng)的時(shí)間是10-24秒,產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量卻可以動用全世界的硬盤。

  “實(shí)驗(yàn)人員從這一步開始進(jìn)行進(jìn)一步篩選,之后他們還要弄成圖像,然后這些圖像送達(dá)到我這塊兒,才真正到我們分析了?!辈軕c宏說。

  在曹慶宏的描述里,他所看到的都是些類似于股票指數(shù)一樣的曲線,然后通過猜測其后的物理規(guī)律才判斷其是否合理來進(jìn)一步過濾篩選,在浩如煙海的各種“蹤跡”中如果發(fā)現(xiàn)了“合理范圍內(nèi)的不合理”,而他又解釋不了的,就會送到理論學(xué)家那里,由他們建立新模型。

  2013年諾貝爾物理學(xué)獎的頒布讓曹慶宏的伙伴們很興奮,但面對未知空間的龐大,近乎茫然的物理學(xué)家們有時(shí)也會反思自己的研究,甚至擔(dān)憂學(xué)科的未來。但面對無涯的探究,曹慶宏就像經(jīng)歷過無數(shù)次主動與被動的“篩選”后留了下來,而且還要堅(jiān)持下去。

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