Newtalk網紅 IG

撞了才知道! 大型強子對撞機又發現3種外來粒子 盼解宇宙「暗物質」謎團

新頭殼newtalk | 胡冠廷 綜合報導
1970-01-01T00:00:00Z
5日,歐洲核子研究組織表示,參與大型強子對撞機計劃的科學家們發現了三種以前所未見過的「亞原子粒子」,而這些科學家正努力探索宇宙的組成部分,圖為宇宙示意圖。   圖:NASA官網
5日,歐洲核子研究組織表示,參與大型強子對撞機計劃的科學家們發現了三種以前所未見過的「亞原子粒子」,而這些科學家正努力探索宇宙的組成部分,圖為宇宙示意圖。   圖:NASA官網

2012 年 7 月 4 日,歐洲核子研究組織(CERN)宣布,在大型強子對撞機進行的實驗中,發現了基本粒子當中的「希格斯玻色子」,隔年提出相關理論的學者更獲頒諾貝爾物理學獎。十年後的 2022 年 7 月 5 日,該組織表示,參與大型強子對撞機計劃的科學家們發現了 3 種以前所未見過的「亞原子粒子」,而這些科學家正努力探索宇宙的組成部分。

大型強子對撞機(LHC)是一座位於瑞士日內瓦近郊、歐洲核子研究組織的對撞型粒子加速器,作為國際高能物理學研究之用。而大型強子對撞機已建造完成,2008 年 9 月 10 日開始試運轉,且成功地維持了兩質子束在軌道中運行,成為世界上最大的粒子加速器設施。此外,大型強子對撞機是一個國際合作計劃,由全球 85 國中的多個大學與研究機構,逾 8,000 位物理學家合作興建,經費的一部份來自歐洲核子研究組織會員國提供的年度預算,以及參與實驗的研究機構所提撥的資金。

根據天文學的理論,構成整個宇宙的物質當中,可以用現有儀器看到的物質,只占了大約兩成,剩下的八成則是所謂的「暗物質」,這些暗物質不會吸收、反射或發出任何光線,只能透過重力場的測量,找到暗物質存在的證據。

隨著十年前找到「希格斯玻色子」的過程中,出現一種全名為「大質量弱相互作用粒子」(WIMP)的物質,此物質被科學家認為是暗物質排名第一的候選者;在所有可行的測量方式當中,由大型強子對撞機創造出這種粒子,藉此觀察大質量弱相互作用粒子更詳細的性質,以及其如何組成無法看見的宇宙的部份,成為發現「希格斯玻色子」的這十年來,大型強子對撞機被寄予厚望的任務。

此外,現在歐洲核子研究組織的科學家們表示,他們已觀察到一種新的「五夸克」(Pentaquark)和有史以來第一對「四夸克」,其中包括一種新型的四夸克。在大型強子對撞機發現的新強子列表中增加了 3 個成員,「這使得在那裡發現的強子總數達到 21 個,每個皆是獨一無二的,但研究人員對這三個新發現感到興奮。」

五夸克粒子是一種「次原子粒子」,屬於奇異強子,而五夸克粒子裡有五個夸克(四個夸克和一個反夸克【表示它的重子數為1】)。物理學家聲稱五夸克粒子已存在很多年,但很不容易被發現,另外四夸克態則是一種由四個夸克形成的假想介子。

此一新發現將幫助物理學家更好地理解夸克如何結合成複合粒子,夸克是基本粒子,它們通常以兩組和三組的形式結合在一起,形成強子,如構成原子核的質子和中子。然而,在極少數的情形下,它們也可以結合成四夸克和五夸克粒子,被稱為「四夸克」和「五夸克」。

對此,歐洲核子研究組織操作控制室主任表示 :「另一項更令人興奮的事情,就是看能否找到暗物質;這說起來是老生常談了,如果你抬頭仰望夜空,看到的星辰只占 5%,剩下的 95%是我們看不見的。」在多次的運轉後,位在瑞士與法國邊界地下長達 27 公里的隧道內,多達上萬個線圈,以及各種精密儀器,必須進行維修與升級工程。不過,正逢新冠疫情肆虐,使得工程延宕多時才得以繼續,「直到這段訪問進行的四月中旬,工程人員才表示可以重新開始運轉。」

物理學家圖寧(Niels Tuning)在聲明中說 :「我們執行的分析越多,我們發現的奇異強子種類就越多。」他也提及 :「我們正在目睹一個類似於 1950 年代的發現時期,當時開始發現強子的『粒子園』(particle zoo),並最終導致了 1960 年代傳統強子的夸克模型;我們正在創建『粒子園2.0』。」

2012 年 7 月 4 日,歐洲核子研究組織(CERN)宣布,在大型強子對撞機進行的實驗中,發現了基本粒子當中的「希格斯玻色子」,隔年提出相關理論的學者更獲頒諾貝爾物理學獎。

十年後的 2022 年 7 月 5 日,該組織表示,參與大型強子對撞機計劃的科學家們發現了三種以前所未見過的「亞原子粒子」,而這些科學家正努力探索宇宙的組成部分。

從空中鳥瞰大型強子對撞機的地理環境,雖結構大部分在法國境內,但主要的建築多位於瑞士。   圖:歐洲核子研究組織官網
從空中鳥瞰大型強子對撞機的地理環境,雖結構大部分在法國境內,但主要的建築多位於瑞士。   圖:歐洲核子研究組織官網
在CMS偵測器中希格斯玻色子衰變的模擬事例重建圖。   圖:NASA官網
在CMS偵測器中希格斯玻色子衰變的模擬事例重建圖。   圖:NASA官網

話題討論

新聞留言

更多留言
熱門話題 more >
字級
追蹤
收藏
留言
請注意
說明文字