授课老师:王贻芳,高山书院顾问委员会委员,中国科学院院士,俄罗斯科学院外籍院士,发展中国家科学院院士,中国科学院高能物理研究所所长
* 注:全文共2篇,本文为第1篇
高能物理是干什么的?可以用四个字概括:探索无穷——一边一层层撩下物质的神秘面纱,揭开“无穷小”的物质结构;另一边一点点将视角往外拓,发掘“无穷大”的宇宙图景。
随着粒子物理的深入,越来越多的新粒子被发现,关于“物质由什么组成”的“谜底”一次次刷新了我们的认知。而更始料未及的是,这个过程诞生了一个彻底颠覆人类文明生活的关键技术——万维网,并演变成了今天的互联网。
在过去探究“无穷小”的路上,中国一直处于缺席状态;但自从八九十年代中国建造了自己的正负电子对撞机,情况慢慢有了好转,甚至取得了不小的突破。
2012年,我们成功探测到了新的中微子振荡模式;2013年,我们成功看到了第一个四夸克态粒子;2015年,我们开始了江门中微子实验,未来,将会和与美国的DUNE,以及日本继超级神冈以后最前沿的中微子探测器HyperK,构成世界三大中微子实验。
除了钻研“无穷小”,中国也没有忘了琢磨“无穷大”,理解宇宙从哪儿来、将往哪儿去。当下的研究正在往这几个世纪难题攻关:
(1)早期宇宙的模样
(2)宇宙线的起源与加速之谜
(3)反物质与暗物质
(4)X射线相关的极端宇宙事件
这些研究都建立在性能良好的实验室和仪器上,所以AliCPT实验室、四川稻城的宇宙线观测站LHAASO、高能宇宙辐射探测设施HERD、大型X射线偏振天文台等等正在积极部署当中——随着这些国际领先的实验室和设备正式启动,中国将有望占据国际高能物理舞台上的C位。
高能物理究竟是干什么的?
为什么要做这些研究?
目前研究到了哪个阶段?
未来我们还想做什么事情?
探索无穷
无穷小
标准模型诞生
中国不再缺席
四夸克态粒子
中微子
传统的光电倍增管先将一个光子转换为一个电子(效率~20%),再用打拿极(Dynode)收集(效率~60%)。以超级神冈为例子的话,整体效率在25%*60%=15%。而我们研发的国产光电倍增管,试图把将一个光子转换为一个电子的效率提升到30%,再通过微通道板(Microchannel plate)收集(效率~100%),整体效率可提升到30%*100%=30%
无穷大
早期宇宙的面貌
宇宙线的起源与加速之谜
反物质与暗物质
X射线相关的极端宇宙事件
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