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或許是宇宙最深奧問題:宇宙大爆炸的純能量是如何轉化為物質的?

科學家已經完全改變了我們對宇宙的了解,大多數突破性的進展都是在地球上完成的,這些進展使我們能夠探索外部世界,揭開引力的秘密,發現宇宙本身的起源。不過,我們探索得越深,就越會發現更多更深奧的問題,我們已經問了幾千年的問題:我們從哪裡來?

最初,世界空無一物,沒有星系,沒有恆星,甚至沒有原子。137億年前,從虛無中誕生了萬物,宇宙出現了,我們全部都來自大爆炸,但是它是怎麼發生的呢?我們自身,行星和恆星都是由原子產生的,大爆炸到底是怎樣製造出原子的呢?

本質上來講,沒有能完美解釋物質最初是如何出現的。直到20世紀,人們仍然認為原子是最小的粒子,不過現在我們知道原子內部存在一系列更小的粒子,質子,中子和電子,這些粒子是宇宙中萬物的基本組成元素,它們完全是由大爆炸中的能量通過某種機制形成的,但究竟是如何發生的呢?能量是如何形成我們可以觸摸的物質的呢?

答案可能在於一種神秘的無形場。關於質量的起源和物質的形成,目前的最佳理論叫做希格斯機制,該機制認為宇宙不僅僅包括恆星和行星之間的空間,宇宙中還填充著一種類似糖漿的物質。

一些粒子在希格斯場中運動時與其相互作用,速度減慢成了重粒子,所以組成我們身體的所有粒子都是重粒子,因為它們正在與希格斯場相互作用。其他一些粒子,比如說光子,不與希格斯場相互作用,它們以光速運動。

為證明那種像糖漿一樣奇怪的希格斯場的真實性,科學家需要找到與其相關的粒子,他們稱之為希格斯粒子。問題是這種粒子很難尋找,即使它真的存在,也只能存在很短的時間,唯一觀察它的方法就是穿越到137億年前的大爆炸時這種粒子首次出現的時刻。

這樣做難度太大,但科學家沒有放棄,他們想出了一個特別的方法,在地球上重建大爆炸的條件使那種粒子現身。他們需要一股強大的能量模擬大爆炸那一刻,而最佳途徑就是讓物體以極高的速度相互碰撞。科學家選擇了原子核里的微小質子,建造史上最大的質子對撞機。

在宇宙大爆炸137億年後,科學家讓我們又回到了時間的起點。大型強子對撞機位於日內瓦城外,跨越法國瑞士邊境,是史上最大的粒子加速器。在史上最大最複雜的科學實驗中,那台大型強子對撞機只有一個簡單而宏偉的目標,重建大爆炸的條件以解答最深奧的宇宙問題。

對撞機圓盤周圍安裝4個巨大的粒子探測器,來獲取質子碰撞時的圖像。根據科學家的理論,希格斯粒子質量很大,而離子物理學有一個基本規則,重粒子是不穩定的,很容易分裂成更輕的粒子。所以,如果希格斯粒子的確存在,它在很久之前的宇宙早期就消失了。如今,即使我們能夠重建希格斯粒子,它也會在我們看到之前消失。

而強子對撞機就是對希格斯粒子產生過程的模擬,當然我們無法看到希格斯粒子,它在產生後瞬間就分解了,但我們可以看到間接的證據,通過分裂後粒子的運動軌跡繪製圖案科學家可以分析判斷希格斯粒子的存在。

2008年9月10日,大型強子對撞機開啟,首批粒子以接近光速撞擊在一起。2012年7月,科學家宣布首次發現希格斯粒子!神秘的希格斯場確實存在,這意味著我們如今可以更好地理解宇宙中萬物的組成及其原因!

科學家對宇宙的探索是我們人類經歷過的最偉大的探險發現之旅,不過每位合格的探險家都會告訴,你打開的每扇門後面都會有另一扇門等著你。科學家讓我們看到了一個更加美麗更加奇特超乎想像的世界,不過對於我們來說,這種探險發現旅程才剛剛開始,宇宙中還有太多的奧秘等著我們探索發現!

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