作者:倪思洁 来源:中国科学报 发布时间:2022/12/6 14:48:24
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粒子物理走到尽头了吗?王贻芳这样说

 

“粒子物理研究将回到依靠实验指引的范式上,离开‘验证标准模型’的范式。”12月3日,在基础科学促进可持续发展国际沙龙上,中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所所长王贻芳说。

上世纪50年代,大量新粒子被发现,粒子物理从原子核物理研究中独立出来,成为一门新的学科,主要研究物质世界的基本粒子,以及基本粒子间的相互作用。其研究范式是以实验现象为指引。自60年代末“标准模型”被提出以后的半个多世纪里,粒子物理研究的主要范式变成了通过实验去发现和验证标准模型的预言。

粒子物理的标准模型包含12种基本粒子和4种相互作用力,12种基本粒子就像“砖块”,4种相互作用力就像“水泥”,“砖块”与“水泥”共同构建出粒子物理的“大厦”。“非常漂亮,也非常简单。”王贻芳说。

标准模型的理论研究8次获得诺贝尔奖。实验物理学家通过发现所有预言的基本粒子,9次获得诺贝尔奖。相关的加速器与探测器技术也斩获3次诺贝尔奖并得到广泛应用。

但就在标准模型预言逐一被验证后,一个问题出现了:“粒子物理走到尽头了吗?”

在王贻芳看来,标准模型不是粒子物理的“终点”,但粒子物理的确走到了一个“转折点”。

“标准模型上空依然漂浮着乌云。”王贻芳说,他们发现中微子的质量不为0,这与标准模型是矛盾的;w玻色子的质量与标准模型预言之间的偏离达到7倍标准偏差;此外,还有很多理论和实验不符合的现象……

目前,在全球粒子物理实验的图谱中,位于核心的依然是粒子物理的标准模型,标准模型的外围有希格斯粒子性质等需要解决的科学问题,也有超对称模型等需要检验的理论模型。

王贻芳认为,下一步,粒子物理需要寻找一个更新的理论,而这一步将是以实验为指导的,“未来,我们没有了理论模型的指引,需要通过实验来找到未来发展的路径和新的理论模型”。

“中国科学家在粒子物理标准模型的建立过程中没有太多贡献,现在粒子物理走到这样一个转折点的时候,我们中国的科学家是不是有可能提出一些重大的问题,并提出解决问题的思路?”王贻芳反问。

他介绍,我国的粒子物理研究从夸克起步,通过北京正负电子对撞机(BEPC)奠定了物理、加速器、探测器等各方面的基础,在国际上有了一席之地。从大亚湾中微子实验到江门中微子实验(JUNO),我国的中微子研究走到了国际最前沿,有望实现领跑。环形正负电子对撞机(CEPC)可以让中国通过希格斯粒子的研究走到国际粒子物理舞台的中央。

关于这些实验的最新进展,王贻芳透露,BEPCII将于2024年完成升级改造,并将运行至2030年退役,届时于1981年建成的BEPC的科学寿命将达到50年,总造价花费为8.8亿。

JUNO将于2023年建成,建成运行后将有能力测量中微子的质量顺序,对中微子混合参数的测量将比过去提高约10倍,同时还将有能力研究超新星中微子、地球中微子等。

CEPC的设备国产化率将超过90%以上,已成立的“CEPC产业联盟”有70多家高新技术企业参与,覆盖电子、真空、微波、磁铁、超导、低温等多个领域,将推动一批企业占领国际市场,引领行业发展。

 
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