美國粒子物理學已死?是誰說的?

關於美國粒子物理學已死的說法,實在是言過其實了

物理學家發現了上帝粒子!自從日內瓦附近的大型強子對撞機(LHC)開始產生資料以來,這已成為常見的頭條新聞。研究人員一直更加謹慎,並且完全否認了用於希格斯玻色子的荒謬名稱,但我們都同意,LHC 確實在去年夏天發現了一種新粒子。

從 LHC 工作中得出的另一個常見結論是,過去一個世紀的物理學世界領導者美國已將火炬傳遞給歐洲,而美國粒子物理學註定要衰落。但是,沒有強有力的證據支援這一結論。美國仍然是粒子物理學的領導者,物理學家決心保持這種地位。

可以肯定的是,關於希格斯玻色子的傳奇故事的持續更新是基於來自 LHC 的資料,而 LHC 主要由歐洲資助。即便如此,美國物理學家的印記仍然不可磨滅地印在每一篇科學論文上。產生這些結果的兩個合作組織——ATLAS 和 CMS——規模龐大,共有 6,600 名物理學家,其中 1,700 名來自 96 所美國大學、國家實驗室和其他機構。美國科學界並未放棄粒子物理學研究。


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您也不應該認為這些美國科學家正在遷往歐洲。總的來說,這些物理學家永久駐紮在美國。雖然我們可能會飛往瑞士一段時間,但我們會回到我們在美國的家庭和工作崗位。在費米實驗室 Tevatron 的鼎盛時期,情況恰恰相反。來自歐洲、亞洲和其他大陸的科學家來到美國腹地,然後登上飛機返回家園。長期以來,粒子物理學一直是一項國際事業,科學家們將前往擁有他們所需裝置的實驗室。科學家在兩個方向上的遷移仍在繼續。

粒子物理學研究向歐洲的轉移主要是經濟方面的。任何大型裝置都很昂貴,而東道國或地區將獲得在其境內設立該設施的回報。執行大型加速器需要工程師、程式設計師、技術人員和許多企業來支援他們。考慮到如此大規模運營的經濟影響,東道國承擔大部分費用是完全合適的,因為這筆錢被投入到當地經濟中。LHC 的建設成本在多年內約為 100 億美元。這筆錢用於購置和安裝進行所需實驗所需的元件。美國為 LHC 和探測器的建設貢獻了 5.31 億美元,這是一筆可觀的數目,但僅佔總額的 5%。

雖然美國物理學家在 LHC 研究中努力工作,但他們在美國也有令人興奮的實驗,其中一些實驗剛剛開始。例如,在調查基礎科學的各種問題的廣泛國家實驗室網路中,費米實驗室的唯一任務是研究宇宙的重大問題。在 LHC 的存在和費米實驗室過去幾年的預算下降之間,人們對美國在不久的將來建造能量高到足以超越 LHC 的新加速器的希望正在減少。儘管如此,該實驗室一直在推行充滿活力的研究議程,研究中微子的行為,探測繆子行為的詳細問題,研究暗物質和能量,改進和升級現有加速器,並對未來的加速器技術進行積極的研發。

這些不僅僅是佔位符式的努力。如果美國不進行這些研究,那麼這些實驗將在其他地方進行,因為這些問題對於進一步瞭解宇宙至關重要。事實上,該實驗室的高強度實驗將能夠探測到在更高能量的 LHC 上無法獲得的現象,並將吸引來自世界各地的實驗者。

這並不是說美國粒子物理學的未來一片光明。當 2008 年的經濟衰退加速下滑時,能源部用於粒子物理學的預算已經下降了十年,而華盛頓持續的政治動盪使未來充滿不確定性。

物理學家提出的關於宇宙起源和現實本質的問題困擾了思想家們幾個世紀。在美國,我們將繼續提出這些重大問題。我們期望回答其中的一些問題。

唐·林肯 是費米實驗室的高階物理學家,他使用來自 CERN 大型強子對撞機的資料進行研究。他是多本科普書籍的作者,包括他的最新著作《愛因斯坦未竟的夢想:邁向萬物理論的實踐進展》(牛津大學出版社,2023 年)。

更多作者:唐·林肯
大眾科學 雜誌 第 309 卷 第 2 期本文最初以“超越上帝粒子”為標題發表在 大眾科學 雜誌 第 309 卷 第 2 期(),第 12 頁
doi:10.1038/scientificamerican0813-12
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