希格斯玻色子、惰性中微子和自旋電子學:林道諾貝爾獎得主大會,第二天

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隨著人們對明天在大型強子對撞機工作的科學家們即將釋出的公告感到興奮,今天的林道諾貝爾獎得主大會以希格斯玻色子為開端,探討了一些神秘的中微子異常現象,並展望了自旋電子學在資訊和通訊技術中即將到來的一些實際應用。(您可以在這份深度報道中閱讀我們本週的所有報道,包括參加會議的年輕科學家“30位30歲以下”的系列人物簡介。另請參閱林道諾貝爾社群部落格。)

馬丁紐斯·J.G.·韋爾特曼,他因其在物理學中弱電相互作用的量子結構方面的工作而於1999年獲得諾貝爾獎,他對希格斯玻色子——完成粒子物理學標準模型所必需的缺失粒子——可能即將被宣佈的想法表示近乎遺憾。“如果他們在大型強子對撞機上發現希格斯玻色子,那意味著什麼?”他問道。“首先,它完善了標準模型。” 然而,實際上,“那關閉了一扇門,”他說,這意味著目前尚不清楚接下來可以立即進行哪些類似的新實驗。“發現希格斯玻色子有點糟糕。” 當然,發現希格斯玻色子並不能解決物理學的所有問題。韋爾特曼感到困惑的一個問題是,特別是,粒子為什麼會以三代出現,這由一種稱為自旋的內在屬性定義。“超對稱性有望解釋為什麼存在三代,但迄今為止它從未實現這一承諾,”他說。“這個問題,我認為比希格斯玻色子更奇怪,更遙遠。”

“對我來說,最吸引人的新物理學願景是超對稱性,”戴維·格羅斯贊同道,他因發現強相互作用理論中的漸近自由而分享了2004年的諾貝爾獎,並且是《大眾科學》的顧問。大型強子對撞機或許能夠測試關於超對稱性的一些問題。


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卡洛·魯比亞,他因對W和Z粒子發現的貢獻而於1984年獲獎,他轉向了另一個難題:反應堆中異常的中微子讀數。

“中微子質量和振盪代表了標準模型之外物理學的主要實驗證據,”魯比亞說。來自多項尋找一種稱為惰性中微子的假想型別的實驗的證據可能正在積累。它們除了引力外不會發生相互作用,這使得它們非常難以探測。如果它們足夠重,它們可能會構成冷暗物質或暖暗物質。“也許那裡有什麼,”魯比亞在談到顯示“缺失”中微子的實驗結果時說——可能是惰性中微子。“這肯定是一個很大的問號,我們必須更好地理解它。” 正在投入使用的更好的實驗裝置可能會提供答案。魯比亞說,有114個機構以某種方式致力於解決這個問題。“惰性中微子實驗正在發生一場真正的革命,”他說,這項努力“相當於大型強子對撞機型別的實驗。”

阿爾伯特·費爾,他因發現用於電腦硬碟的巨磁阻效應而分享了2007年的諾貝爾獎,他討論了自旋電子學的進展,這是一種不僅使用電子的電荷,還使用一種稱為自旋的量子屬性的電子學,自旋使電子像微小的條形磁鐵一樣工作。費爾說,除了今天的基於巨磁阻效應的M-RAM(磁性隨機存取儲存器)之外,下一代儲存器將是STT-RAM(STT代表自旋轉移矩),其中僅使用自旋來影響磁性儲存層中的變化。費爾說,STT-RAM可能在一兩年內出現在產品中,他還說,結合了半導體和自旋電子學的混合結構可能是超越當今CMOS快閃記憶體的第一步。

最後,威廉·D·菲利普斯,他因在利用雷射冷卻和捕獲原子方面的工作而分享了1997年的諾貝爾獎,他談到了最近在建立可以作用於超冷中性原子的人工磁場方面的工作,方法是使用一對 направленный 到銣原子的雷射器。菲利普斯說,使用這種人工磁場來建立模擬可能有助於探究關於物質量子相的問題,“這是戴維·格羅斯今天上午提到的尚未知的問題之一”。“量子力學中的一些問題很容易陳述,但不可能計算,至少用我們今天擁有的任何計算機都無法計算,”菲利普斯說。“解決這個問題的方法之一是讓自然界進行計算[使用超冷原子]並測量答案。”

Mariette DiChristina, Steering Group chair, is dean and professor of the practice in journalism at the Boston University College of Communication. She was formerly editor in chief of 大眾科學 and executive vice president, Magazines, for Springer Nature.

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