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第四百零九章 建国后高能物理最重要的成果...诞生!(上)


  在为众人介绍好B1实验厅后。

  季向东又带着众人先后参观了B2、C1等比较特殊的实验地点。

  毕竟一来很多设备还需要调试,不能立刻就展开复验流程。

  二来则是锦屏实验室的有些实验区域确实比较特殊,有很多都是暗物质方向的专用设备。

  即便在场的人中有90%都是院士,他们平日里其实也没多少机会接触到这些玩意儿——这个道理反过来也同样适用。

  例如潘院士他们经常用到的贝尔态集成观测环,季向东估摸着连怎么开示数都搞不明白。

  当然了。

  王老这些上了年纪的功勋并没有随行,而是被安顿在了休息室小憩。

  就这样。

  大概一个多小时后。

  季向东才带着一众老院士,回到了B1实验厅后头的设备室。

  这间设备室隶属于B1实验室的研究模块,电子设备很多,主要承担各种口令方案的输入。

  设备室的面积大概有三百多平米,看起来非常宽敞,中间的墙壁上安置着一块巨大的LED屏幕。

  屏幕下方是一个主控台,差不多是个2X8的规格。

  通常来说。

  这种布置的台下应该摆放着一些电脑以及其他设备,就像大家平时看到的卫星发射的指挥室一般。

  不过考虑到今天到场的大佬很多且年纪较大,实验室方面便撤去了那些桌子。

  取而代之的。

  则是一些人体工程学椅甚至躺椅。

  同时每张椅子上还准备有毛毯、茶水以及一些含糖量不是很高的小点心或者五谷粥。

  除此以外。

  在实验室的外头,还有一个由蓉城方面支援过来的专家团在等候待命,全是保健局的资深大佬。

  再往外甚至还有直升机随时准备起飞。

  毕竟这可是整整二十七位华夏院士,其中还包括了王老这种国宝,怎么样小心都不为过。

  很快。

  大多数院士都坐到了位置上,悠哉哉的喝起了茶。

  还有几位液闪方面的大佬则来到了操作台,就近听起了实验方案。

  毕竟他们和侯星远一样,都是昨天才收到了科大发现暗物质的通知,然后立马便乘坐飞机赶到了蓉城。

  也就是他们只知道这么个事儿,但具体的发现过程却并不了解。

  也就王老这样的顶级功勋,才会在抵达蓉城之前掌握到整个事情的全部细节。

  “整件事情最早呢,可以追溯到去年的十月份。”

  由于现场有众多大佬在场,潘院士便当仁不让的做起了讲解员,指着身边的赵政国道:

  “当时赵院士做了一次Λ超子的衰变参数实验,极化度达到了27%,世界首破,代号叫做4685。”

  赵政国闻言点了点头,补充道:

  “嗯,那是我第二次带队做的衰变实验,一开始我也没指望出啥好成果,结果没想到居然搞出了个首破,惭愧惭愧......”

  听闻此言。

  一位来自华夏高能物理研究所的老院士思索片刻,微微颔首:

  “这事儿我有印象,小赵当天就把通讯稿传到了我这儿,如果没记错的话,那天还下了一场很舒服的雨。”

  赵政国回忆了两秒钟,也跟着点起了头:

  “哦对,是有那么场雨,把我小电驴的坐垫都打湿了,还是和保卫处借了条毛巾才顺利回的家。”

  周围顿时响起了一阵善意的笑声。

  随后潘院士顿了顿,又拍了拍身边徐云的肩膀,把他往前一推:

  “接着便是我这个学生计算出了概率轨道,试验后我们发现了4685Λ超子的伴生粒子,给它取了个孤点粒子的名字。”

  “再后来便是基态化处理,以及.......”

  潘院士洋洋洒洒的将整个事情介绍完,不少院士看向徐云的目光顿时有些不一样了。

  这些老院士年纪普遍都不小,六七十岁起步,**十岁都有好几位。

  他们与互联网的交集基本上就是查询或者发表论文期刊,顶多就是远程会议。

  因此无论是吡虫啉还是此前的价格战抹黑事件,知道的人并不多。

  所以从一开始。

  他们便以为徐云只是个潘院士带来的后辈,主要是为了提携他在众多大佬面前混个眼熟啥的。

  结果没想到.....

  徐云在整件事情中,有着令人意外的贡献?

  微粒轨道这玩意儿早先解释过,虽然挂着‘轨道’的名头,但它实际上是一个概率模型。

  这种概率模型光靠瞎猜是猜不到的,必须要有很强的计算能力和观察能力。

  比如当初丁肇中先生之所以能发现胶子,就是因为对喷柱上底夸克的色味进行了还原计算。

  当时他的计算持续了八个小时,最终才锁定了那颗当时未被发现的基本粒子。

  因此这条微粒轨道,不是任何人都能搞定的——何况徐云还如此年轻。

  有几位还在带项目的院士,不由自主的便想到了自己课题组的学生。

  虽然能进入这些大佬门下的无一不是天才,但他们显然做不到这点。

  潘院士收了个好学生啊......

  当然了。

  这种感慨几乎是转瞬即逝,持续的时间很短。

  毕竟能够到场的这些院士,人生中接触最多的就是天才,天才在他们眼中可谓是过江之鲫。

  此时的徐云顶多就是让他们眼前一亮,然后就仅此而已了。

  与曹原等人比起来,徐云仍旧有所差距——至少明面上如此。

  因此很快。

  众人还是把注意力放到了验证环节的准备上。

  咕噜噜——

  随着季向东的操作。

  隔壁B1实验厅地下那个如同倒扣着碗的半圆球探测器里,开始通过管道灌起了水基液体闪烁体。

  这是在为后续的纯氙做准备。

  上辈子是暗物质的同学应该知道。

  暗物质虽然不存在标准的弱相互作用,但有个特殊情况不包括在内。

  那就是氙原子。

  氙气是一种惰性气体,大家比较熟知的运用应该是常见于半导体领域。

  但实际上。

  氙气液化后的液氙,其实是一种会和暗物质发生弱相互作用的极端物质。

  液氙的密度非常高,每升大约三公斤,比铝还要密集。

  当暗物质与氙原子核发生弱作用后。

  氙原子核会发生核反冲,暗物质的动量便会传递给氙原子。

  氙原子会因此达到激发态,形成一种二聚物,同时会伴随有少量的电子被电离。

  这些电子在电场作用下漂移到气-液表面,最终形成电致发光现象。

  这种反应之所以不被视作普通的弱相互作用,主要有两个原因。

  一是暗物质的的命中率是1/100000000000000000000——这不是随便按出来的数值,而是真实概率。

  二则是纯氙的制取非常困难。

  目前有100个国家可以制取纯度在99.00%以上的纯氙,但能够制取99.98%的国家嘛.....

  有且只有五个:

  霓虹、海对面、毛熊、兔子以及瑞典。

  嗯,瑞典。

  所以呢。

  目前弱作用框架基本上,不会讨论纯氙的情况——因为我们所说的暗物质属性框架是生活范畴,精度是不同的。

  由于4000吨的水基液体闪烁体灌注起来需要很长很长的时间。

  因此趁着空隙,季向东便向众人介绍起了具体的实验方案——这么多大佬来锦屏可不只是为了看戏,更是为了审计实验的误差。

  “各位院士,我们的准备是这样的。”

  操作台边。

  季向东拿着一块写字板,飞快的在上面画着示意图:

  “正常情况下来来说,原子退激发的时候会产生光子,所以在设备底部放上一个光子探测器去接受直接闪光信号就行了。”

  季向东说着,在【直接闪光信号】上画了个圈。

  同时边上标注了一个字母:

  L1。

  接着他顿了顿,又继续说道:

  “但考虑到暗物质和液氙作用后,传递能量是一个非常复杂的过程,不可能那么顺利。”

  “所以我们在在气-液表面与探测器顶层的光电效应管之间设立了另一个电场。”

  “这个电场的强度为10000V/cm,在这个强电场下,电子被加速轰击氙原子,这样就能够让电致发光现象被顶部的光电效应管接受了。”

  “顶部光电效应管接受到的信号,我们称之为L2。”

  “有了这两组信号,基本上就可以确定最终的结果了。”

  季向东的介绍用人话...错了,通俗点的解释来说就是......

  放一盆水,然后把孤点粒子往里头塞进去,发亮的话就是暗物质。

  当然了。

  这只是一个比喻,实际上要比这复杂很多很多。

  待季向东介绍完毕后。

  此前那位来自华夏高能物理研究所、曾经审过赵政国通讯稿的老院士想了想,提出了一个问题:

  “小季,方案倒是可行,但是放射性背景的影响该怎么消除呢?”

  “虽然锦屏实验室的环境很‘干净’,但依旧会有一些普通的放射产生电磁相互作用,从而发出放射信号。”

  “无论是暗物质信号还是放射信号,载体都是光子,观测设备可不会管它们的源头是什么。”

  “如果研究的是其他物质还好说,但暗物质的特殊性在那儿,所以这种误差必须要避免才行。”

  听到老院士这番话。

  其余众人也赞许的点了点头。

  老院士的全名叫做周绍平,今年也快85岁了,属于华夏高能物理当之无愧的拓路者。

  他所说的放射性背景并不是在挑刺,而是一个必须要考虑到的问题。

  毕竟今天他们的验证数据,可能关系到华夏建国以来高能领域最重要的一个成果,怎么谨慎都不为过。

  季向东显然也早就想到了这点,很是从容的继续在写字板上解释了起来:

  “周老,您说的情况我们也考虑过,实验室方面事先便准备好了一套应对方案。”

  “正如您所说,普通的放射线有电磁相互作用,所以与氙原子的核外电子反应较多,而与氙原子核反应较少。”

  “因此它们主要会使氙原子发生电子反冲,所以在某个时间段内,L1信号的计数会较少。”

  “由此我们准备从这里切入,通过ΛCDM算法去比较L1和L2的阶段性差值,以此区分暗物质信号与普通的放射信号,从而降低放射性背景的影响。”

  “ΛCDM算法?”

  周绍平重复了一遍这个词,眉头不由微微皱起了些许。

  所谓ΛCDM。

  它读法其实是Λ-CDM,属于量子场论的一种模型。

  ΛCDM中的Λ代表暗能量,CDM则代表冷暗物质。

  量子场论发展于上世纪60年代到70年代,以非常简洁的形式解释了当时已经发现的基本粒子。

  到2012年希格斯玻色子发现为止,标准模型预言的所有粒子均被发现,量子场论的某些预言与实验结果的偏离度甚至小于亿分之一。

  但作为量子场论延伸出的暗物质情景模型,ΛCDM就比较拉跨了。

  截止到目前。

  它与现有宇宙模型描述的误差,大概在百分之三左右。

  在微观领域,这其实是一个不小的差值。

  没办法。

  科学界对于暗物质的认知实在是太浅了。

  更关键的是.......

  上头曾经说过。

  在液氙这个情景中,暗物质的的命中率是1/100000000000000000000。

  模型本身有误差,命中率又不确定。

  因此季向东所谓的‘阶段性差值’,其实基本上就是一个伪命题。

  举个例子。

  如果模型正确,并且命中率高,那么应该会出现这么一个结果:

  报告分成20个区间,每隔4个区间便有一个波峰——也就是发生了碰撞。

  周期固定,到时候只要比较波峰差异就行了。

  但由于模型不正确的缘故,到时候实际出现的结果可能是这样的:

  依旧是20个区间,1-4区间平滑,5区间有个凸起,然后6-14全平滑,15、17产生了凸起.......

  没有周期性的波峰波谷,几乎无法消弭放射性背景的影响。

  所以这个方案虽然可行,但绝对谈不上有多精确——至少配不上暗物质这个概念所应有的精度。

  这些大佬今天聚集到这里,明显表明了上头的一个态度:

  暗物质必须要尽快完成复验,然后进行公布。

  背后的原因周绍平不了解,也许是侯星远在从潘院士那边得知了他们想来锦屏后的临时起意,也许是更高层的其他一些想法。

  总之现实就是如此。

  因此他们不存在什么先用普通手段验证一轮、过个把月再进行更精密复验的可能——他们现在进行的,就是期末考。

  否则要完成普通复验的话,大可不必如此大费周章。

  想到这里。

  周绍平不由看向了季向东,对他问道:

  “小季,这部分方案能不能再优化一点儿?”

  季向东斟酌片刻,脸上露出了一丝难色。

  很明显。

  周绍平的这个问题,一时半会儿显然做不到。

  这倒不是说季向东能力不足,或者锦屏实验室这个国之重器就这水平。

  而是因为孤点粒子太特殊了。

  之前提及过。

  目前业内最火热的暗物质候选一共有两个微粒。

  一是惰性中微子——普通中微子是热暗物质,那么比较‘懒惰’的中微子,理论上应该就符合冷暗物质的要求了。

  二就是WIMP。

  WIMP完美契合了超对称模型,理论相当优美,折服了大多数物理学家。

  对了。

  此前在介绍WIMP的时候,曾经说过科院有一位很喜欢仙侠小说的老教授,给WIMP取了一个【道标】的绰号。

  此人正是周绍平。

  总而言之。

  由于这玩意儿在模型上实在是太合适了,于是这几十年来,无数全世界最优秀的实验物理学们都在沿着这个方向寻找暗物质。

  结果呢?

  科大不声不响的发现了一个孤点粒子,同时由于4685Λ超子的伴生性质,和此前所有的研究方向截然不同。

  这个情况落到现实,最直观的反应就是.......

  许多事先为WIMP的设备突然没用了。

  如果说时间充足那还好说点,大不了群策群力调试一下设备,一两个月后说不定也能用上。

  但别忘了。

  锦屏实验室收到这消息的时间也就二十多个小时。

  同时由于暗物质的特殊性,科院乃至更上头不可能会再给那么多的时间来准备——否则大家也不会急乎乎的跑到锦屏了。

  在这种情况下。

  你想让实验室拿出一套完备到严丝合缝、不存在一点误差的方案......

  那还不如要他们去鼓捣五彩斑斓的黑呢。

  实际上。

  光是季向东拿出的这份方案,都让一百多位科研人员掉了大半头发了。

  周绍平等人很快也意识到了这点,然后......

  几位老院士的眼睛顿时就亮了起来。

  越有能力的人,往往就越不服老。

  作为老牌的科研人,他们几乎从抵达锦屏地下实验室开始,就在巴望着能不能出点儿力了。

  只是这里是季向东的主场,贸然开口显然不太合适。

  而眼下方案存在瑕疵,这岂不是个天大的好机会?

  毕竟他们此行的名义之一,就是作为验证方案的外部顾问嘛。

  实际上季向平之前的那些话,也未必没有请这些大佬下场帮忙的想法。

  因此很快。

  一群头发花白的院士便围到了桌边,就地开始讨论起了实验方案。

  讨论开始后。

  周绍平首先抛出了一个想法:

  “诸位,咱们时间有限,我就先厚颜抛砖引个玉吧——我的想法是,咱们能不能从强PC问题中入手?”

  “强PC问题?”

  听到周绍平这番话,另一位川蜀口音很重的老院士便皱起了眉头:

  “周劳斯,那不是强核力的范畴噻?”

  “没错。”

  周绍平轻轻点点头,不过很快又说道:

  “但老陈,你别忘了,强PC问题里有个Peccei-Quinn度规,那可是符合暗物质模型的.......”

  陈姓老院士微微一愣,旋即一拍自己的脑袋:

  “mmp,老子怎把那个东西给忘啰.....”

  强PC问题。

  这是一个量子色动力学的复杂内容,具体不必深究。

  总而言之。

  这里的“强”对应强核力,CP则是指Charge  Parity,也就是电荷-宇称。

  对高等物理比较了解的同学应该知道。

  高等物理的很多问题在不同情况下往往会有着不同的解,而这些解有个统一的称呼:

  度规。

  最有名的就是爱因斯坦场方程组。

  目前爱因斯坦场方程组的度规有好几个,比如克尔度规、史瓦西度规等等......

  同时,这些度规还会对应某个模型。

  例如克尔度规对应的就是克尔黑洞。

  哥德尔度规对应的就是哥德尔宇宙等等......

  顺便一提。

  爱因斯坦方程还有一个特殊的时空度规,叫做阿库别瑞度规。

  也就是科幻片经常提到的“泡泡曲率引擎”。

  这玩意儿很离谱的一点是,它的概念先出现于科幻片,然后阿库别瑞才在1994年得出了这个解。

  也就是幻想在前,理论在后。

  究竟是科学引导了科幻,还是科幻启发了科学?

  好了。

  话题回归原处。

  正如上头所说的那些度规一般。

  Peccei-Quinn度规,也是强PC问题的一个特定解。

  这是Peccei以及Quinn在70年代提出来的Peccei-Quinn机制,Helen  Quinn也是最有希望拿到高能物理诺贝尔奖的女物理学家。

  它在某个能级下可以构建出一个暗物质的检验框架,并且超对称伴子也符合4685Λ超子的特性。

  同时它能够调整射散角,通过最靠谱的光程差来排除误差。

  当然了。

  Peccei-Quinn度规同样也有一些技术上的难点,具体是否可行还要进行更详细的讨论。

  这些院士眼下要做的,还是先粗略筛选出一些相对可行的方案,然后再进行逐一甄别。

  因此很快。

  众多院士又继续开始了新一轮的头脑风暴:

  “除了Peccei-Quinn度规,我觉得让带电粒子划过TPC也是个不错的想法嘛......”

  “要不和神冈那样用重水中的氘去探测中微子?小季这里的重水应该有不少。”

  “电离加声子如何?”

  “我们之前搞高达的那个CQ机制我认为可行.......”

  .........

  一个多小时后。

  五个候选方案被摆到了众人面前:

  Peccei-Quinn度规。

  上9千克的Ge靶材。

  检测暗物质对原子钟的影响。

  进一步捕捉暗物质的次级粒子。

  以及.....

  允许误差存在,通过多论实测曲线进行拟合分析。

  接着很快。

  次级粒子的方案首先被排除了。

  次级粒子属于间接探测的范畴,它的原理很简单:

  是让暗物质粒子的次级粒子与探测器发生相互作用,从而间接获得暗物质粒子的信息。

  就好比妈妈是暗物质粒子,孩子是暗物质粒子衰变产生的次级粒子。

  由顶针第一定律可知,孩子是妈妈省的。

  接着呢。

  科学家们用相机给孩子们拍照,通过孩子们的长相倒推出妈妈的长相。

  这种做法在常规研究中不失为一种思路,难度也相对低点,而且还非常有意思。

  但在眼下这个场合,显然不太合适。

  接着很快。

  二、三两个方案也被排除了。

  这两种方案同样很难降低放射性背景的影响,起不到多少实际的作用。

  因此摆在众人面前的,只剩下了两个方案:

  用Peccei-Quinn度规模型复验。

  或者允许误差存在,通过多轮实测曲线进行拟合分析。

  然后......

  众人的意见便产生了很严重的分歧。

  在这27位院士中。

  除了王老、张老和侯星远没有表态外,支持两种方案的院士各占一半。

  “各位,我还是坚持Peccei-Quinn度规。”

  周绍平先是拿起桌上的茶水抿了一口,又环视了周围一圈,方才继续说道:

  “1/100000000000000000000这个命中概率实在是太低太低了,我不认为通过多次测量,就能拟合出一条正常的曲线。”

  “咱们即便一天做十万次实验,小数点依旧还是推进不到十位以内。”

  “这种方案与其说是排除误差,不如说是在催眠自己。”

  周绍平这番话说完,周围人顿时反应各异。

  有些院士赞同的点了点头。

  有些院士面无表情。

  还有一些院士则皱着眉头,明显持反对意见。

  过了一会儿。

  现场唯一一位女性的院士开口了:

  “老周,话是这样说没错,大家都知道Peccei-Quinn度规显然要更合适一点儿。”

  “但问题是.....我们要怎么构建出广域的规范场构型呢?”

  “光是轴子场现在都有十几个流派,更别说孤点粒子这个陌生的微粒了。”

  “你如果连破缺场都拿不出来,它在理论上再适用,现实里也是一团镜花水月而已。”

  周绍平闻言,有些烦躁的捏了捏鼻梁骨。

  这位女院士所说的情况,也正是现场众人意见不同的核心所在。

  所有人都知道。

  Peccei-Quinn度规...或者说Peccei-Quinn能标,对于眼下的帮助显然很大。

  但问题是.......

  它所建立的暗物质框架,更多偏向于轴子场。

  虽然它能够控制微粒的出射角θ,让上下两个信号接收器通过光程差来避免放射性背景的误差。

  但对于孤点粒子来说,想要构建出一个广域规范场构型却非常麻烦。

  这不是说多花点时间就能解决的问题,涉及到了麦克斯韦方程组延伸出的规范场局域u1对称性。

  至少在刚才的讨论过程中,没人能够想到合适的切点——还是那句话,大家对孤点粒子太陌生了。

  看着脸色阴晴不定的周绍平,女院士又安慰道:

  “老周,我觉得你陷入某个思维误区了。”

  “多次拟合的概率确实是不高,但锦屏实验室本身的条件就很好,所谓放射性背景的影响,其实基数并不大。”

  “如果说我们能构建出合适的规范场,那么当然可以用这个思路,可眼下......”

  周绍平继续默然。

  女院士这番话说的很有道理,他自然也知道这点。

  但作为从上个世纪走来的物理人,周绍平...或者说所有兔子的内心,都有着一种强迫症:

  要做咱们就要做最好的,好到别人挑不出毛病才行。

  随后他咬了咬牙,还是不准备放弃:

  “我们可以现在就开始计算,锦屏这边的设备很先进,短时间内未必不能有结果!”

  听到他这番话。

  另一位此前持反对态度的院士摇了摇头,语气也很坦诚:

  “老周,给你一些时间没有问题,但思路呢?”

  “你要计算、构建广域场,总是要有思路的吧?”

  “比如闪液重量多少,要不要上同位素,场强的方向大小,还有最重要的如何与暗物质发生作用——是碰撞、是湮灭还是滑动?”

  “不是大家反对你,如果你能拿出一个合适的思路,我这把老骨头第一个就给你去打下手!”

  “........”

  听到这番话。

  周绍平张了张嘴,但最终还是没有出声。

  说到底。

  还是不甘心呐......

  看着沉默的周绍平。

  一旁的侯星远摇了摇头,准备开口做出最后的决定。

  有些事情你做不到,那就不能怪别人选择其他方式了。

  这是一个很现实的道理。

  然而就在侯星远准备开口放弃之际。

  现场左边的区域里,忽然弱弱的响起了一道声音:

  “那个....周院士,Peccei-Quinn度规的话,能不用双电子捕获的角度试试呢.....”

  .......

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