Re: [新聞] 美將建新型粒子加速器探索物質基本構造已回收

看板Gossiping作者yw1002 (~~>)時間7年前 (2018/08/16 16:21)推噓8(8推 0噓 14→)

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※ 引述《Barcarolle (涓涓流水)》之銘言： : 美將建新型粒子加速器探索物質基本構造 : http://i.epochtimes.com/assets/uploads/2018/08/fMyyi-AA.jpeg

: （Brookhaven National Laboratory） : 【大紀元2018年08月13日訊】（大紀元記者晨曦編譯報導）近日，美國國家科學院、工程 : 院和醫療研究院公布了一份報告，高調支持建造名為電子-離子對撞機（Electron-Ion : Collider，EIC）的新型粒子加速器，這意味著粒子物理學的研究將提升到一個新高度。 : 歐洲的大型強子對撞機（LHC）讓質子與質子以接近光速的速度對撞，與之不同的是，EIC : 是向質子或較重的離子噴射高能電子束。聖母大學核物理學家Ani Aprahamian解釋說，與 : LHC相比，EIC的粒子對撞產生的結果更無害、更容易解釋，能幫助科學家們進一步探索夸 : 克和膠子在質子與原子核中的排列方式。 : 麻省理工學院（MIT）的物理學家Richard Milner表示，EIC這種新型加速器將能回答三個 : 主要問題。第一，質子的質量來自哪裡？質子由三個夸克組成，但為什麼質子的質量是夸 : 克質量的100倍？其次，科學家們希望能更好地理解角動量或者「自旋」的概念。第三， : EIC或許能揭示將其它粒子捆綁在一起的膠子的工作方式。「物質中的膠子有點像宇宙中 : 的暗物質：看不見但起著至關重要的作用。」Milner說：「電子-離子對撞機可能會揭示 : 由於核子和原子核內的許多膠子緊密堆積而產生的新狀態。」 : 目前有兩個國家實驗室在競爭成為EIC的主人：位於紐約長島布魯克海文國家實驗室，以 : 及位於弗吉尼亞州紐波特紐斯的托馬斯傑弗遜國家加速器實驗室。EIC項目可能會升級前 : 者的粒子對撞機或後者的電子束，並預計將花費至少10億美元。 : 不過，美國能源部目前正在籌集7.3億美元在密西根州立大學建造稀有同位素束流裝置（ : FRIB），在2020年該裝置完成之前，似乎沒有能力再展開如此耗資巨大的項目。所以， : EIC的正式啟動預計還要等幾年。 : 該項目在全球並非首例。1992至2007年間，德國建造了類似的強子-電子環加速器（ : Hadron-Electron Ring Accelerator，HERA），因而發現了膠子。美國計劃建造的EIC將 : 以較低能量運行，但是會有100至1,000的碰撞次數，產生的數據也將以幾何倍數增加。 : 當美國核科學諮詢委員會（NSAC）在2015年公開支持EIC的建造時，伊利諾伊州阿貢國家 : 實驗室的核物理學家Donald Geesaman及NSAC主席就強調了EIC對科學研究的重要性並聲稱 : ：「只有當擁有EIC以後，我們才能在核物理的巨大領域中取得進展。」◇ : http://www.epochtimes.com/b5/18/8/13/n10634036.htm http://psroc.org.tw/Bimonth/article_detail.php?classify=c1&cid=239 質子自旋失蹤的問題看來有被解決的苗頭。理論計算的結果顯示，膠子─一種力的輸送粒子提供了質子大約一半的自旋。物理學家原本假設質子的本質自旋角動量(其值為普朗克常數的二分之一) 是將組成質子的三個夸克的自旋角動量加起來得到的，然而1980年代的實驗顯示夸克的自旋只能提供大約30％質子的自旋角動量。那麼剩下的自旋角動量應該就是由膠子而來的(膠子是將夸克及其他原子核物質束縛在一起的無質量質點)。運用一個格點模型，就是假設夸克與膠子都是存放在一個三維的晶格上，χQCD團隊計算了膠子（自旋-1的質點）在質子內部排列的整齊程度。他們刊登在物理評論通訊(Physical Review Letters, DOI: 10.1103/ PhysRevLett.118.102001) 的結果說明了膠子對質子貢獻了大約50％的自旋，這個理論計算結果和最近的實驗結果大致吻合。那麼剩下的大約20％的自旋角動量被認為是源自夸克和膠子在質子裡繞行運動所產生的軌道角動量。(更多內容請見史提芬貝斯(Steven Bass) 在物理觀點(Viewpoint in Physics) 的文章"質子裡自旋的膠子”。) http://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?Unit=featurearticles&id=2362 重點提要 ■在精確描述原子內的作用時，必須考量質子的大小，因為質子的半徑多少影響了能階的移位。 ■2012年，我們再次測量了質子半徑，除了得到了較小的數值外，亦推算出質子的磁偶半徑。它們之間的不一致，是否就是發現新物理的曙光？ ■奇異氦離子的光譜測量可能幫助我們獲得更精確的質子半徑，也能協助我們檢驗束縛態量子電動力學的理論計算結果，進而解開質子大小之謎。 2012年，位於瑞士日內瓦的大強子對撞機找到了稱為「上帝粒子」的希格斯粒子（Higgs particle），它是「標準模型」理論最後的一塊拼圖，標準模型是至今描述宇宙最完備的理論。因此，物理學已經完成了嗎？在物理發展的歷史中，這個問題不只一次被提出來。然而，宇宙的豐富總是一次又一次證明了人類知識的局限，宇宙會在何處把新的物理秘密透露給我們？超越標準模型的新物理又在哪裡？在發現希格斯粒子的高能物理實驗中，人類的視野可以透過「巨大能量」的加速器擴展開來，超越自身的時空限制，但也可以透過「高精密測量」挖掘出隱藏的物理密碼，見微知著。英國詩人布雷克（William Blake）說：「一粒沙中見世界，一朵花中見天堂。」在近代物理的發展史中，透過氫原子光譜的高精密測量與理論的比較，揭開了整個量子物理學的發展。這些都是實驗學家煞費苦心的結晶，為的是檢驗物理學的基本理論，進而發現新物理。看見質子的尺寸秘密現今以量子力學為骨幹的物理理論對於這個世界的描述大致上是正確的；不僅如此，它也同時描述了原子裡的現象，像是一般在計算原子能階時，會先把質子視為一點（ point-like），若要非常真實地描述原子裡的作用，便不能將之視為一點。實際上，質子是由三個夸克所組成並藉由膠子束縛在一起而形成的一團粒子，因此它有著有限的大小，而這個大小或多或少影響了能階的移位。理論學家把能階視為電子雲與原子核的平均距離，做計算時由大而小，先考慮主能階的位置，再來考慮電子總角動量後能階是如何分裂，即精細結構（fine structure）。接下來若要把能階計算得更精確，就必須進一步考慮與原子核自旋角動量相關的超精細結構（ hyperfine structure），以及不同電子軌域角動量造成的能階差。後者稱為藍姆移位（ Lamb shift），而量子電動力學在這個現象上的預測獲得了極大的成功。考慮了質子半徑再加上量子電動力學的預測後，理論學家就能得到足夠精確的能階位置。實驗學家的工作則是用「足夠精準」的實驗結果去與「足夠精準」的理論計算做比較，藉此驗證量子電動力學的正確性。這類的實驗，不只是測量，而且要精準地測量！如果以不精準的實驗結果與不精準的理論計算做為驗證的工具，就像兩把模糊的尺相互比較，很難看出彼此的矛盾。當然，實驗學家真正的野心絕對不僅僅在於驗證現有理論，我們更渴望證明它的不完備，進而發現新物理。這幾年來，用簡單原子精密光譜實驗做為測試量子電動力學的方法，卻漸漸不太管用，主要原因是能階計算的精確度受限於質子半徑的不準確性。但奇異氫原子（exotic hydrogen）的光譜測量打開了另外一扇測試量子電動力學與測量質子半徑的大門。奇異氫原子與氫原子相似，只是把氫原子中的電子換成了比電子質量重207倍的緲子（因此奇異氫原子又稱為緲子氫原子），於是緲子雲會更靠近原子核，質子的大小對於能階移位的影響也會更加明顯。 http://blog.sina.com.cn/s/blog_9bdadbb90102wsyd.html 支那的科普文水準真高值得一讀 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 111.248.165.113 ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Gossiping/M.1534407677.A.0FF.html

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ah937609

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TaiwanUp

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推

aju0921

08/16 16:24, 7年前 , 3^F

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