Higgs Boson和Supernova(更了一点Supernova)
Posted: 2012-07-02 17:58
粒子物理不是俺专业,俺说错了请专家指正哈。先贴一个video。
http://www.phdcomics.com/comics.php?f=1489
周三凌晨有CERN的新闻发布会:
http://press.web.cern.ch/press/pressrel ... 6.12E.html
基本上呢,是物理学家搞了一个粒子模型来解释各种物质以及它们之间的相互作用。这个标准模型呢,里头有各种夸克啊电子啊中微子啊什么的,统称Fermion。还有光子啊胶子啊什么的,统称Boson。这个模型给出来的粒子的性质,首先得和已知的粒子符合,然后呢为了解释已知粒子的性质(相互作用),还会要假设一些粒子来自圆其说。这个标准模型至今为止非常成功,数学上也自恰,预测的新粒子也一个个都给找到。可以自圆其说的一套粒子里头,差一个Higgs Boson(HB)还没观测到。
标准模型呢就说,基本粒子通过和一个叫Higgs的场这么那么的一作用,就可以解释质量。这个作用呢有可能产生一个副产品,就是HB。模型说,这个HB产生的概率很小,而且一出来就衰变成其他粒子了,所以很难观测。但是呢,每一种粒子作用,在一定的能量下都有一个概率。如果真有HB,那么在它对应的能量(HB质量乘光速平方)的粒子产生率上,就要附加上那么一点点。
讨厌的是标准模型没法预测HB的质量,只是给了一个质量范围。于是CERN的大型粒子加速器,就在这个范围里头拼命的撞粒子,如果在哪个能量区间看到了一个小突起,那么就算确定了HB的质量。要是哪里都看不到,那么就是HB“非常可能不存在”。这个相当于大海捞针,要和随机误差拼命斗争,对每一个结果都要进行严格的统计学检验。3个西格玛确信度算是可以拿出来说,5个西格玛才算大功告成(错误的可能性百万分之一)。CERN现在每秒撞4千万次,日夜不停地撞,明天新闻发布会的结果能在3到5之间,所以还得再撞一会。
如果你找到了HB,那么标准模型就更加完善了,非常厉害!当然也有可能在这个区间里,所有的值都被排除法否定了。那也不打紧。这些年物理学家搞了好几套备用理论,根本不需要HB。比较对撞机10个billion的成本,理论最不值钱了。
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接下来八卦去年的炸药奖。
附图:Saul Perlmutter和Brian Schmidt打架
去年的炸药奖,物理类的给了三个人。一个叫Saul Perlmutter,一个叫Brian Schmidt,一个叫Adam Riess。这三个人是竞争的两个组,SP是第一个组的leader,BS和AR属另一个组。炸药奖发给他们,是因为他们通过观测超新星,发现宇宙正在加速膨胀。光是这个膨胀的话,20世纪初Hubble就发现了,说的是星体与我们的距离和飞离我们的速度成正比。这个比值就是Hubble常数。如果你假设地球所在的位置没甚特别,那么一个简单的推论就是宇宙处处如此,像个气球一样不断膨胀。如果倒推回去,就非得有个“起点”不可。这就是大爆炸的起源。但是当时望远镜看不远,测的速度也不够精确,所以不同人测量的Hubble,常数自50至100不等 。Hubble望远镜的一个主要目的,就是为了把这个误差降到10%。
注意天文观测的一个特点:空间和时间是纠缠的。你看得越远,看到的现象就越古老。所以Hubble测量的膨胀常数,因为是地球附近星体的,反映的是今天的膨胀速度。用现代巨型望远镜看,看到几个billion光年外的星体,反映的就是几个billion年之前,宇宙之初的膨胀速度。所以你要知道宇宙的演化史,不断望远处看就可以。
问题就是在很远很远的地方,怎么样精确测量星体的速度,怎么样知道它到底有多远?我们要找的是一类可当作“标准蜡烛”的星体:它们的光谱是已知的;它们的真实亮度也是已知的。
首先,天体的径向速度,是通过多普勒效应来确定的。多普勒效应说的是一束波,如果它的发射者对着观测者飞来,那么观测者观测到的波频率就会增大(波长变小)。如果它的发射者离开观测者飞走,那么波频率就会变小(波长增大)。如果是声波,比如救护车朝着你开来,笛声会比较尖锐(频率高);当它开离你的时候,笛声就会变得低沉(频率低)。如果是光波,那么当星体飞离我们的时候,整个光谱就会向着红色的方向移动(频率降低)。这个光谱红移的量和径向速度有一个明确的关系。对一个“标准蜡烛”,对比观测到的光谱和已知光谱,就可以算出它的速度。
其次,星光的亮度,和离开我们的距离的平方成反比。对一个标准蜡烛,因为它的真实亮度是已知的,那么它们在地球上的观测亮度就代表了它们离地球的距离。
Ia类超新星就是这么一类完美的“标准蜡烛”。80年代初期开始,对离地球比较近的一系列Ia超新星的观测,证明了它们的光谱和亮度惊人地一致。人们猜想它是由一颗年老的白矮星和一颗伴星组成的双星系统。白矮星的引力较大,不断从伴星那里吸收物质。当它的质量超过一个临界值之后,就会发生引力坍缩,继而发生大爆炸。在几个星期之内,一颗超新星的亮度就可以匹敌一整个星系里的几亿颗星星,而几个星期之后它就消失得无影无踪。