科学家争论的大型对撞机究竟有什么用？.docx

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1、科学家争论的大型对撞机究竟有什么用？ 欧洲核子中心的大型强子对撞机 前段时间，一场关于中国是否应当建立大型对撞机的公开辩论，引起了公众的极大关注。 2022年9月4日，94岁的闻名理论物理学家杨振宁在网络上公开发表文章，反对中国建立大型对撞机。随后，中国科学院高能物理探讨所所长王贻芳公开发文回应杨振宁的质疑，支持中国建立大型对撞机。这场原本只在高能物理探讨领域内部的探讨，由于网络和媒体报道的推动，快速发酵为全民参加的公开辩论，众多网友纷纷分派站队，一派是“挺杨派”，反對中国建立大型对撞机；另一派是“挺王派”，则支持建立。然而，除了从事高能物理探讨的专业科学家，一般人对于什么是大型对撞机唯恐了解

2、不多，这场公开辩论可以成为科普的契机。 从原子到夸克，物质世界的“神奇砖块”纷纷现形 自从人类的远古祖先第一次仰视星空起先，人类对这个物质世界就充溢了新奇我们的世界是由什么组成的？从古至今，有许很多多的宏大人物给出了自己的答案，他们是人类探究宇宙物质世界奇妙的先驱者。中国古代哲学家用五行理论来说明世界万物的形成及其相互关系，五行是指“金、木、水、火、土”，古代先哲试图用这五种元素来说明世界万物的起源。五行学说是我国古代的物质组成学说，与西方的水、火、土、气四元素学说类似，但随着近代科学的发展，这两种学说的物质构成理论都被事实否定了。 19世纪初，法国化学家普鲁斯特发觉了一个好玩的现象：参加化学

3、反应的物质质量都成肯定的整数比，例如1克氢气和8克氧气化合成9克水，假如不按这个肯定的比例，多余的就要剩下而不参与化合。在前人探讨的基础上，英国科学家道尔顿通过试验进一步发觉，在化合物里的元素之间，它们的量总是成倍数地改变。在试验现象的基础上，凭借自己强大的推理实力和丰富的想象力，道尔顿提出了原子理论：物质世界的最小组成单元是原子，各种原子按不同比例组成物质，原子是稳定的、不行分割的。这是人类第一次依据科学试验的证据，系统地阐述了微观物质世界，是人类相识物质世界的一次飞跃性的成就。 到了19世纪末和20世纪初，英国人汤姆森在探讨阴极射线时发觉了电子，这表明原子是可以分割的，原子有内部结构，里面

4、还有电子。电子的发觉最先敲开了通向基本粒子物理学的大门，预示着物理学的新时代即将到来。不久，新西兰物理学家卢瑟福在粒子散射试验中发觉了大角度散射现象，由此提出的原子核式结构模型认为，原子是由原子核和核外的电子组成的，原子核带着正电，位于原子的中心，占有原子的绝大部分质量；电子带负电，围围着中心的原子核运动。伴随着原子核式结构的发觉，丹麦物理学家波尔革命性地提出了与经典物理学完全不同的“量子轨道假设”，成为量子力学的先驱者之一。物理学家进一步发觉了原子核内部还有质子和中子，随后，一系列的新粒子在宇宙射线和加速器中被发觉，20世纪60年头的“夸克模型”指出，质子、中子和其他一些粒子都是由更基本的粒

5、子“夸克”组成的，在夸克模型的理论基础上进一步发展出了一个被物理学家们广泛接受的“粒子物理标准模型”。 简洁地说，科学家们在试验中接连发觉了原子电子和原子核质子、中子和夸克，然后依次提出了原子论原子核式结构标准模型。截至目前，依据标准模型的说明，电子、夸克和传播子是我们物质世界的基本组成单元，它们是不行分割的，这些基本粒子相互之间可以发生作用，组成其他更困难的质子、中子和原子等粒子，最终形成我们这个丰富多彩的物质世界。基本粒子就像砖块，许很多多的砖块一起构建出高楼大厦。从高耸的大厦到微小的砖块，当人类的探讨对象深化到微观的夸克层次时，就进入了粒子物理的领域。粒子物理学是一门探讨物质最基本的结构

6、及其相互作用规律的前沿基础科学，它探讨的是基本粒子的性质，探究宇宙的起源与演化的规律。 当显微镜不足以相识这个世界时，对撞机就登场了 物理学是一门试验科学，以试验为基础探究物质世界的奇妙，在试验中我们必需选择合适的探讨工具。比如在测量一张桌子的长度时，我们须要运用尺子；在视察细胞或者细菌时，我们须要运用光学显微镜；在探讨分子和原子结构时，我们须要扫描隧道电子显微镜；当深化到比原子还小的亚原子微观尺度时，我们就须要粒子加速器了。对撞机是一种特别的粒子加速器，它能把两束粒子加速到接近光速，然后让两束高速运动的粒子相互对撞，依据爱因斯坦的质能方程，能量和质量可以相互转化，相互对撞的粒子的质量可以变成

7、能量，又由能量变为质量，得到新的粒子。对撞机里的粒子能量往往很高，对撞之后可以产生各种各样的新粒子，粒子物理学家通过探讨这些对撞产生的粒子来揭示世界的奇妙。 欧洲核子中心的大型强子对撞机不仅是世界上最大的粒子对撞机，也是有史以来人类建立的最困难的机器，这个最大的对撞机被用于找寻标准模型预言的“上帝粒子”希格斯粒子，正是这个粒子给予了其他粒子质量。为了在试验中找到这个粒子，3 000多名来自全世界几十个国家几一百零一所高校的科学家通力合作，找寻的过程艰难曲折：LHC对撞机把质子加速到极高的速度，然后让两束质子迎头相撞，质子撞碎湮灭为一团能量，从这团能量中又重生出宇宙大爆炸之初的各种粒子，其中就有

8、希格斯粒子。但是由于希格斯粒子所占的比例微小，试验物理学家要从中筛选出希格斯粒子，就像在一场大雨中找到一滴特别的雨滴一样艰难。幸运的是，2022年3月，欧洲科学家宣布在LHC上发觉了希格斯粒子，这是人类在探究物质世界的征程中取得的重大成功。“上帝粒子”的发觉是人类科学史上最重要的事务之一，比利时理论物理学家弗朗索瓦恩格勒和英国理论物理学家彼得希格斯因胜利预言希格斯粒子而获得2022年诺贝尔物理学奖。 这不仅是科学家之间的争辩，也是一次极好的科普 最近，一群中国物理学家提议在中国建立一个大型环形正负电子对撞机，用来进一步探讨希格斯粒子的性质，将来假如有可能，还可以升级为质子对撞机，用来找寻超对称

9、粒子。这个提议获得了众多赞同，赞同的人们认为建立大型对撞机是深化探讨希格斯粒子的最有效途径，这种大科学工程还能带动高新技术的发展，吸引和培育国内外的大量人才。也有一些人反对建立大型对撞机，反对的人们认为建立的经费成本太高，中国仍是发展中国家，并不富有，不应当把钱投向短期内看不到收益的纯基础探讨。这场争辩很有意义，杨振宁和王贻芳并不介意公开探讨学术上的分歧，在论战中，公众不仅得以一窥科学前沿的最新进展，还能借助网络干脆参加探讨，间接地促使重大科学工程的决策更具有透亮度。 纵观近代以来的物理学历史，人类在探究物质世界的征程中取得了一个又一个重大进展，人们一步步发觉了原子、电子、质子、中子和希格斯粒子等一系列粒子，促进了我们对宇宙的相识。缺憾的是，在这一系列重大发觉的背后，鲜有中国人的身影。希望将来有一天，我们能在粒子物理学的教科书中看到更多中国人的名字。 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页