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曹庆宏:寻踪“对撞机唯象学”

  • 发布时间:2015-06-10 01:32:12  来源:科技日报  作者:佚名  责任编辑:罗伯特

  ■周三有约

  发生反应的时间是10-24秒,产生的数据量却可以动用全世界的硬盘……

  为了解开宇宙的奥秘,高能物理学家们在混沌中摸索前行。理论物理学家和实验物理学家,似乎是朝着不同的方向渐行渐远,远到听不懂对方的语言。这时,“翻译”出现了,他们就是对撞机唯象学家。

  日前,记者走进曹庆宏位于北大物理学院的办公室,两个学生正在墙上板书,满眼公式在记者看来与天书无异。

  桌角挂满了一排美国各地的汽车牌照,那是他美国留学的见证:2000年在美国密歇根州立大学获得理论粒子物理博士学位,而后又在加州大学河滨分校、阿贡国家实验室和芝加哥大学做过两次博后,直到2011年9月,曹庆宏才回至燕园任教。

  “对撞机唯象学一词经英文翻译而来,其实英文名词也是造出来的,主要研究和预测标准模型和各种新物理模型在各种对撞机上的信号,从而为实验物理学家寻找新物理信号提供重要的理论参考。通俗地说,我是给理论物理学家和实验物理学家当‘翻译’。”曹庆宏告诉记者,这一学科出现的原因为,做理论的人纯粹做理论探索,根本不了解实验信号是什么,甚至连电信号光信号是什么都不知道,而实验物理学家则对理论方面知之甚少。

  因此,曹庆宏既要告诉做实验的人去如何验证各种理论模型,还要提醒构造理论模型的人该关注什么样的实验信号。

  这一学科的尴尬可能是理论研究人员会说“模型是我构造的”,而实验学家会说“数据是我收集的”。高能物理就是这般奇妙,甚至可说是虚无缥缈,同样在一层楼里坐着,曹庆宏和坐在对面办公室里的教授,并不完全理解对方在研究什么。他们研究的是在比一刹那还要微小无数倍的时间段里,我们能描述出的最小的粒子之间的关系,而这个几乎忽略不计的瞬间,也许是他们一生也参不透的玄机。

  81岁的比利时物理学家弗朗索瓦·恩格勒和84岁的英国物理学家彼得·希格斯获得了2013年诺贝尔物理学奖,原因是他们成功预测了希格斯粒子,也就是“上帝粒子”存在。那时距离他们提出这一理论已过去几乎半个世纪,诺贝尔奖委员会也在颁奖公告中说,诺贝尔奖得主可能不会想到能在有生之年看到其理论得到证实。

  这也得益于来自全球的实验物理学家和对撞机唯象学家的不懈努力。2007年11月,世界最大的粒子加速器LHC建设完成。LHC全名叫做大型强子对撞机(The Large Hadron Collider)。LHC主要目标之一就是寻找超出标准模型之外的新物理信号,这正是当前高能粒子物理的核心任务,也是曹庆宏的主要研究方向,他的研究主要集中在对高能对撞机上收集的实验数据进行理论解释以及探讨各种可被LHC检验的新物理信号。

  对撞机的发生反应的时间是10-24秒,产生的数据量却可以动用全世界的硬盘。

  “实验人员从这一步开始进行进一步筛选,之后他们还要弄成图像,然后这些图像送达到我这块儿,才真正到我们分析了。”曹庆宏说。

  在曹庆宏的描述里,他所看到的都是些类似于股票指数一样的曲线,然后通过猜测其后的物理规律才判断其是否合理来进一步过滤筛选,在浩如烟海的各种“踪迹”中如果发现了“合理范围内的不合理”,而他又解释不了的,就会送到理论学家那里,由他们建立新模型。

  2013年诺贝尔物理学奖的颁布让曹庆宏的伙伴们很兴奋,但面对未知空间的庞大,近乎茫然的物理学家们有时也会反思自己的研究,甚至担忧学科的未来。但面对无涯的探究,曹庆宏就像经历过无数次主动与被动的“筛选”后留了下来,而且还要坚持下去。

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