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發(fā)布時間:2012-12-25 09:18 來源:3DM 作者:J
科技的發(fā)展總有一天讓我們不在恐懼末日的到來,讓我們一起來看看今年的十大科學突破吧。
對于耗資55億美元方才建成、直到啟動日仍麻煩纏身的大型強子對撞機(Large Hadron Collider,簡稱LHC),希格斯玻色子(Higgs Boson)確實是來自“上帝”的一個好消息。這顆在粒子物理學的標準模型中被最后發(fā)現(xiàn)的粒子,被充滿敬畏地稱為“上帝粒子” -- 科學家曾認為,它將能夠解釋物理學上其他基本粒子何以擁有重量的關鍵。
12月20日,希格斯玻色子被美國《科學》雜志列為本年度最重大科學突破。緊隨其后,丹尼索瓦人基因組、基因組的精密工程、“好奇”號火星車的著陸系統(tǒng)等等,同時進入年度十大科學突破。
毫無疑問,“上帝粒子”的發(fā)現(xiàn),是2012年最受關注的科學進展。媒體蜂擁,大眾雀躍,“‘上帝粒子’日快樂。”流行樂團黑眼豆豆的主唱will.i.am在推特上寫到。
此前,研究人員一直在觀測位于瑞士的世上最大的粒子加速器LHC。就在7月4日,他們宣布發(fā)現(xiàn)了一個粒子,可能是研究者夢寐以求的希格斯玻色子。粒子物理學也許是科學領域中最詳細和精確的理論,它描述了組成普通物質的粒子,但乍一看,這一標準模型似乎是無質量粒子的理論。這便是希格斯玻色子的來源:物理學家認為真空充滿了“希格斯場”,粒子與希格斯場相互作用獲得能量。
假設在40多年前,對希格斯玻色子的觀察將使這整個標準模型變得完整?!澳壳懊媾R的唯一問題,是它是否標志著粒子物理發(fā)現(xiàn)的新時代開端,還是該領域順其自然的最后歡呼。”《科學》雜志在其刊布的文章中說。
《科學》選擇希格斯玻色子,更因為它在知識性、技術性和組織性上獲得的勝利。除了耗費巨資制造的27千米長的大型強子對撞機,歐洲粒子物理實驗室的研究人員還為發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子,制造了25米高、45米長的ATLAS粒子探測器,以及重達12500噸的CMS粒子探測器。
為了測試發(fā)現(xiàn)的粒子是否真的是希格斯玻色子,研究人員現(xiàn)在正在計算它衰變?yōu)槠渌W咏M合的比率。物理學家曾在之前做了類似的預測。1970年,當時只有3種夸克是已知的,理論家預言了第四種的存在,4年后即被發(fā)現(xiàn)。1967年,他們預言傳遞弱作用力的粒子存在,1983年W玻色子和Z玻色子被發(fā)現(xiàn)。
“粒子理論家提供了各種預言竅門?!薄犊茖W》雜志繼續(xù)寫道,“鑒于沒有兩個星系是完全相同的,而所有的質子是相同的。所以當碰撞它們時,物理學家無需擔心這個質子或那個質子的特性,因為它們根本沒有特性。”另一些理論家則認為,標準模型應將其預測能力歸功于該理論基于數(shù)學對稱概念的事實。“簡而言之,對稱性的觀點是預測中強有力的工具?!?
但希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn),標志著標準模型中已無預言可測試。“他們有充足的理由認為,標準模型并不是基礎物理的最終結果……理論本身證明,希格斯玻色子和其他粒子之間的相互作用應該會使希格斯玻色子變得非常重。所以物理學家懷疑,潛伏在真空中的新粒子可能會抵消這種效果。”
實際上,科學家無法保證在大型強子對撞機LHC或其他可以想象的對撞機的工作范圍內是否還存在著新的物理成分?!皹藴誓P涂赡苁撬杏钪鎯炔窟\作中大自然愿意透露的全部。希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)是一個突破。粒子物理學家未來是否會再一次獲得類似的突破呢?”
其他九大科學突破
古代DNA研究的全壘打
兩年前,古遺傳學家發(fā)布了尼安德特人(Neandertal)的完整核基因組,從而成功入選了“年度突破”的榜單;去年,同一個實驗室組合出了 5萬年前生活在西伯利亞古老人類 -- 丹尼索瓦人(Denisovan)的基因組,因此再度當選。今年,一個執(zhí)著的博士后 -- 馬蒂亞斯·邁耶 (Matthias Meyer)摸索出了一個聰明絕頂?shù)男路椒ǎ@個方法幫助他的團隊重新審視丹尼索瓦人的DNA,并將其重新排序了31次。他們從這個生活在丹尼索瓦山洞的西伯利亞女孩兒身上得到的DNA細節(jié),清晰、豐富的程度已經不遜于從活人身上提取的DNA。很明顯,科學家對這項技術的應用將會促進古代DNA研究的飛速發(fā)展。
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