打開窗戶,院子里的翠色映入眼簾??扇绻胍辞宄淙~上的細密紋理,可能得讓放大鏡來助你一臂之力;倘若你對構(gòu)成樹葉的植物細胞感興趣,就要借助光學顯微鏡了。那么,如果希望知道構(gòu)成細胞的原子的結(jié)構(gòu)又該怎么辦呢?這個問題在上世紀中期被科學家通過電子顯微鏡解決了。電子顯微鏡并不能夠像光學顯微鏡一樣展示物體的真實結(jié)構(gòu),只能提供電子運動受原子影響的數(shù)據(jù),不過,這套數(shù)據(jù)分析的方法已被科學家們熟練地掌握了。 “貪心”的人類總是難以滿足,又想知道原子之下,構(gòu)成物質(zhì)的最小單元究竟是什么。這時,普通電子顯微鏡已經(jīng)難以達到這一目的,于是加速器應運而生。加速器的工作原理,是用高能的粒子束撞擊想要研究的對象,再通過撞擊后的電子和研究對象的碎片,來分析研究對象的結(jié)構(gòu),甚至探尋新的基本粒子。這一套數(shù)據(jù)分析的技術(shù),要比普通電子顯微鏡的復雜很多。
加速器技術(shù)的關(guān)鍵問題,是如何獲取更高能量的粒子束。想象一下,要掰折一根木棍,成年人往往徒手就能做到;可要想把指甲蓋大小的木塊擊碎,就是很困難的事情了。對于粒子來說也是這樣,打破越微小的結(jié)構(gòu),所要求的能量就越高。
要想獲得高能量的粒子束,遠沒有想象的那么容易。獲得高能粒子的主要思路,就是想盡一切辦法給它加速。想一想開汽車,從每小時60公里加速到每小時120公里,并不難做到;可要想從每小時120公里加速到每小時180公里,對汽車的性能、路面的狀況和所用燃油的品質(zhì)都不得不提出更高的要求。對高能粒子的加速也是這個道理,在粒子的速度已經(jīng)接近光速時,想要讓它獲得更高的速度,當真是困難重重。1916年英國科學家盧瑟福研究人工核衰變現(xiàn)象時,使用天然的放射性粒子源就足夠了;可到了2012年大型強子對撞機(LHC)發(fā)現(xiàn)“上帝粒子”——希格斯玻色子時,加速器每小時的耗電量足夠一個二線城市使用一天!
現(xiàn)在能被實驗證實的物理理論,主要由標準模型來描述??墒墙裉炜磥恚瑯藴誓P屠碚摰氖杪┻€很多,比如無法解釋暗物質(zhì)和暗能量的存在,無法將強相互作用與電弱相互作用統(tǒng)一。面對舊有理論的不完善,科學家們提出了不少合理的猜想,如超弦理論、超對稱理論等。檢驗這些理論,都需要能量更高的加速器??闪硪环矫?,建設能量更高的加速器的花費,將是一個難以想象的天文數(shù)字,而且就算建了新一代的大型加速器,究竟能不能有新的發(fā)現(xiàn)還是未知數(shù)。于是,不少科學家開始在設計小型加速器、研究宇宙線物理的方向上另辟蹊徑,走上了另一條充滿未知的道路。
大型超高能加速器究竟該不該建?未來的研究方向到底在哪里?
或許,可以用科學家文小剛先生的一句話作結(jié):“物理學的多數(shù)新發(fā)現(xiàn),都不是計劃出來的。”
?。ū緳陂L期征集“日知錄”三字篆刻,投稿郵箱:rizhilu999@163.com)