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曹慶宏:尋蹤“對撞機唯象學”

  • 發佈時間:2015-06-10 01:32:12  來源:科技日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  ■週三有約

  發生反應的時間是10-24秒,産生的數據量卻可以動用全世界的硬碟……

  為了解開宇宙的奧秘,高能物理學家們在混沌中摸索前行。理論物理學家和實驗物理學家,似乎是朝著不同的方向漸行漸遠,遠到聽不懂對方的語言。這時,“翻譯”出現了,他們就是對撞機唯象學家。

  日前,記者走進曹慶宏位於北大物理學院的辦公室,兩個學生正在墻上板書,滿眼公式在記者看來與天書無異。

  桌角挂滿了一排美國各地的汽車牌照,那是他美國留學的見證:2000年在美國密歇根州立大學獲得理論粒子物理博士學位,而後又在加州大學河濱分校、阿貢國家實驗室和芝加哥大學做過兩次博後,直到2011年9月,曹慶宏才回至燕園任教。

  “對撞機唯象學一詞經英文翻譯而來,其實英文名詞也是造出來的,主要研究和預測標準模型和各種新物理模型在各種對撞機上的信號,從而為實驗物理學家尋找新物理信號提供重要的理論參考。通俗地説,我是給理論物理學家和實驗物理學家當‘翻譯’。”曹慶宏告訴記者,這一學科出現的原因為,做理論的人純粹做理論探索,根本不了解實驗信號是什麼,甚至連電信號光信號是什麼都不知道,而實驗物理學家則對理論方面知之甚少。

  因此,曹慶宏既要告訴做實驗的人去如何驗證各種理論模型,還要提醒構造理論模型的人該關注什麼樣的實驗信號。

  這一學科的尷尬可能是理論研究人員會説“模型是我構造的”,而實驗學家會説“數據是我收集的”。高能物理就是這般奇妙,甚至可説是虛無縹緲,同樣在一層樓裏坐著,曹慶宏和坐在對面辦公室裏的教授,並不完全理解對方在研究什麼。他們研究的是在比一剎那還要微小無數倍的時間段裏,我們能描述出的最小的粒子之間的關係,而這個幾乎忽略不計的瞬間,也許是他們一生也參不透的玄機。

  81歲的比利時物理學家弗朗索瓦·恩格勒和84歲的英國物理學家彼得·希格斯獲得了2013年諾貝爾物理學獎,原因是他們成功預測了希格斯粒子,也就是“上帝粒子”存在。那時距離他們提出這一理論已過去幾乎半個世紀,諾貝爾獎委員會也在頒獎公告中説,諾貝爾獎得主可能不會想到能在有生之年看到其理論得到證實。

  這也得益於來自全球的實驗物理學家和對撞機唯象學家的不懈努力。2007年11月,世界最大的粒子加速器LHC建設完成。LHC全名叫做大型強子對撞機(The Large Hadron Collider)。LHC主要目標之一就是尋找超出標準模型之外的新物理信號,這正是當前高能粒子物理的核心任務,也是曹慶宏的主要研究方向,他的研究主要集中在對高能對撞機上收集的實驗數據進行理論解釋以及探討各種可被LHC檢驗的新物理信號。

  對撞機的發生反應的時間是10-24秒,産生的數據量卻可以動用全世界的硬碟。

  “實驗人員從這一步開始進行進一步篩選,之後他們還要弄成圖像,然後這些圖像送達到我這塊兒,才真正到我們分析了。”曹慶宏説。

  在曹慶宏的描述裏,他所看到的都是些類似于股票指數一樣的曲線,然後通過猜測其後的物理規律才判斷其是否合理來進一步過濾篩選,在浩如煙海的各種“蹤跡”中如果發現了“合理範圍內的不合理”,而他又解釋不了的,就會送到理論學家那裏,由他們建立新模型。

  2013年諾貝爾物理學獎的頒布讓曹慶宏的夥伴們很興奮,但面對未知空間的龐大,近乎茫然的物理學家們有時也會反思自己的研究,甚至擔憂學科的未來。但面對無涯的探究,曹慶宏就像經歷過無數次主動與被動的“篩選”後留了下來,而且還要堅持下去。

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