科学家们正在寻找神秘的隐藏粒子,他们认为这些粒子可以帮助回答我们关于宇宙的一些最迫切的问题。
到目前为止,所谓的“隐藏扇区粒子”避开了之前所有的观测尝试,如果有的话,它们与当前的粒子物理学理论(即标准模型)的一致性非常弱。
“寻找隐藏粒子”(SHiP)实验是由18个国家的54个研究所进行的一项国际合作,它将看到一个质子束被用来撞击一个固定的目标,并产生各种各样的粒子——远远超过目前的方法所能做到的。
科学家们希望能在混合物中发现隐藏的粒子。
欧洲核子研究中心说,从2027年开始,SHiP将有自己的设施,由欧洲核子研究组织(CERN)建造,实验将最早在2030年开始收集数据。
该项目的负责人安德烈·戈鲁特温教授表示,该项目在首次提出10年后获得批准,标志着寻找隐藏粒子的“新时代”。
来自伦敦帝国理工学院的Golutvin教授说:“SHiP有独特的可能性来解决粒子物理标准模型的几个主要问题,我们有希望发现以前从未见过的粒子。”
为什么要进行这个实验?
位于瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心已经拥有世界上最大的粒子加速器——大型强子对撞机(LHC)。
2008年开始运行的大型强子对撞机发现了所谓的“上帝粒子”——希格斯玻色子,它使研究人员能够更好地了解物质的质量从何而来。
然而,它仍然无法发现更多关于暗物质和暗能量的秘密——这些鲜为人知的力量和粒子可以让科学家更好地了解宇宙。
这些未被探测到的力和粒子构成了宇宙的95%。
欧洲核子研究中心已经提出了一项耗资170亿英镑的新型“超级对撞机”——未来圆形对撞机(FCC)——的建议,希望它能帮助它揭开这些谜团——但它要到本世纪40年代才能建成。
人们希望在等待FCC的过程中,便宜得多的SHiP实验能帮助LHC找到一些非标准模型粒子。
Golutvin教授说:“隐藏领域理论为我们提供了解决标准模型问题的前景,随着时间的推移,我们没有在能量边界观察到新的粒子,探索这一领域的理由变得越来越强。”
它具体在寻找什么?
SHiP实验的搜索范围非常广泛,寻找一系列只与常规物质相互作用非常弱的粒子,包括潜在的暗物质。
从地球上无法观测到的暗物质被认为占宇宙物质的80%左右,但它似乎不吸收或发射可探测的辐射。
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它的存在可以从星系运动的方式推断出来——它们保持在一起,而那些星系团的运动速度比预期的要快。
SHiP还希望找到能够解释标准模型的其他奥秘的粒子,比如为什么目前存在的规则物质比反物质多得多,也就是所谓的物质-反物质不对称。
它将如何运作?
为了简化这个极其复杂的过程:SHiP将使用高强度质子束将粒子粉碎成一块材料,产生比目前实验更大体积的各种粒子。
领导这项合作的伦敦帝国理工学院解释说:“当这些粒子衰变或相互作用时,它们可以产生SHiP正在寻找的隐藏粒子。
“SPS光束的能量和强度将使大量已知粒子得以产生,这意味着SHiP将能够进行世界上最好的搜索,寻找新的隐藏粒子。”