Tevatron之後的生活:費米實驗室依然活躍,即使不再是頂尖

加入我們的科學愛好者社群!

本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點


費米實驗室已死。費米實驗室萬歲!

位於伊利諾伊州巴達維亞的費米國家加速器實驗室的Tevatron,曾是美國頂級的粒子對撞機,多年來也是世界上最強大的同類機器,於去年九月關閉。該對撞機在物理學上的突破,包括1995年頂夸克的發現,非常傑出,以至於人們很容易將Tevatron及其主辦機構視為一體。

但是,即使質子和反質子不再在Tevatron六公里長的環形軌道中執行,費米實驗室的生活仍在繼續。《物理世界》編輯瑪格麗特·哈里斯報道了最近的一次實驗室訪問(需要註冊)


關於支援科學新聞業

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞業 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保有關塑造我們今天世界的發現和思想的具有影響力的故事的未來。


然而,Tevatron的結束並不意味著費米實驗室的結束。“我們這裡有10臺加速器,”費米實驗室物理學家史蒂夫·霍姆斯帶著一絲不悅的語氣說。“我們只是關掉了一臺,好嗎?” 就像我交談過的幾位科學家一樣,霍姆斯熱衷於指出,碰撞高能粒子束並不是利用加速器發現新物理學的唯一途徑。

哈里斯指出,美國已將“能量前沿”讓給了歐洲:位於日內瓦郊外歐洲核子研究中心的大型強子對撞機旨在將粒子束加速到Tevatron可實現能量的七倍。哈里斯寫道,費米實驗室正在進行的新專案和持續專案,重點是那些不需要巨型、世界領先的對撞機也能解決的物理學問題。這些專案更多地依賴強度而不是能量——產生大量的粒子束,以尋找罕見的衰變或相互作用。

例如,以中微子物理學為例。中微子是難以捉摸的亞原子粒子,只能透過強烈的粒子束進行認真的研究。它們與普通物質的相互作用非常罕見,以至於對於一個大型的、專門設計的探測器記錄的每1500個左右的中微子,還有數十億個會直接穿過。因此,您需要產生大量的中微子。中微子本身就很神秘,去年秋天,一個名為OPERA(乳膠徑跡裝置振盪專案)的歐洲實驗發現,中微子脈衝從歐洲核子研究中心到義大利的一個地下實驗室的旅程似乎比光速稍快,這違反了現代物理學的中心原則之一。

費米實驗室有自己尖端的中微子實驗,應該能夠證實或(正如大多數人懷疑的那樣)反駁OPERA的說法——並探索這些粒子的其他謎題。MINOS(主注入器中微子振盪搜尋)將中微子束射向兩個探測器,一個在費米實驗室,另一個在明尼蘇達州的一個礦井中,距離約735公里。除了記錄中微子以確定其速度外,MINOS還在研究一種稱為中微子振盪的奇怪現象。有時,其中一個粒子在中西部的旅程中會在“味”之間振盪,因此μ子中微子會變成τ子中微子。一個名為NOvA的計劃專案將接替MINOS,將中微子實驗的基線擴充套件到約800公里,並在明尼蘇達州端增加一個更大的探測器。

然後是擬議的長基線中微子實驗,或LBNE,它將把中微子從費米實驗室傳送到南達科他州的一個地下探測器,進行長達1300公里的州際旅程。哈里斯報道稱,LBNE將能夠比較中微子的味振盪與其反粒子的味振盪。關於中微子的一個主要問題是它們是否是自己的反粒子。一項擬議的數十億美元的實驗室升級專案,名為X專案,將增加新的質子加速器,以增加為LBNE和其他費米實驗室專案提供能量的粒子束的強度。

隨著對Tevatron的記憶逐漸消退,所有目光都集中在大型強子對撞機的高能探索上,它很有希望在今年最終發現長期尋找的希格斯粒子。但是,無論多麼強大的實驗室,都無法完成所有工作。較舊的粒子實驗室仍然是充滿活力的發現中心——例如布魯克海文國家實驗室和SLAC國家加速器實驗室,也曾主要以其粒子對撞機而聞名,但此後發展了多樣化的研究活動。如果費米實驗室能夠說服國會資助者,強度前沿值得探索,那麼這個新方向可能會給美國物理學家帶來一些驚喜。

“對於美國來說,這是一個在物理學這一非常重要的領域建立領導地位的機會,這將持續數十年,”費米實驗室的霍姆斯告訴《物理世界》。“如果我們做得對,我們將擊敗所有競爭對手。”

© .