PDF《科技发展日新月异,科技的应用持续改善人类的生活,例如互...》

1897 年发现 电子时所使用的仪器. 大型强子对撞机加速腔 它能产生高达二百万伏特的电场, 从而提高质子的能量. 聚焦磁铁 这是用来挤压粒子束的四极磁铁, 能使粒子束变得更窄、更集中, 增加粒子碰撞的机会. 矽追踪器瓣 这个组件能承受对撞机内强烈的 粒子撞击,并追踪粒子运行的轨迹. 顶点定位器(VELO)组件 别小看这个细小的探测器组件,进行 碰撞时,它距离碰撞点仅有七毫米! P.5 粒子物理标准模型 宇宙中的所有物质都是由被称为基本粒子的基础要素所构成,由四个基本作用力所支配. 现时我们对粒子物理学的认识,标准模型可以解释基本粒子和其中三个基本作用力 (电磁力、 强作用力和弱作用力)之间的关系.2012 年7月,CERN 的物理学家透过大型强子对撞机成 功发现标准模型的最后一块拼图-希格斯玻色子. 夸克 标准模型中共有六种夸克,而强作用力只能影响夸克.任何由夸克组成的粒子都称为强子, 由三粒夸克组成的强子称为重子,例如我们所熟悉的质子和中子;

而由两粒夸克组成的强子 称为介子,例如 π 介子. 轻子 标准模型中共有六种轻子,它们不受强作用力影响.当中最著名的成员便是电子,亦即大家 熟悉的电流载体.在希腊语言中,轻子(lepton)是质量轻的意思,但其实有些轻子的质量不 轻. 基本作用力和规玻色子 在宇宙里有四种基本作用力,主宰万事万物,它们是引力、电磁力、强作用力和弱作用力. 作用力的传播须要靠规玻色子作为传递的工具,轻子与夸克透过交换规玻色子发生相互 作用,形成所有已知的亚原子粒子,它们就是物质的基本成分. 规玻色子决定基本作用力的特性:光子与电磁力有关,并与带电荷粒子产生作用;

胶子与 强作用力有关,与夸克和强子产生作用,使质子和中子可以维系在原子核中;

W 和Z玻色子 与弱作用力有关,作用於所有夸克和轻子.可是到目前为止,物理学家无法以描述以上三种 力的方法描述第四种基本力引力. P.6 希格斯玻色子 有质量的粒子以低於光速运动,没有质量的粒子则以光速运动.在标准模型中的基本粒子有 不同的质量,而光子和胶子没有质量.在1964 年,科学家提出的希格斯机制,就是用来解释 质量的来源.这理论假设有一个充斥着真空的场希格斯场.原本没有质量的基本粒子在真 空中前进时会被希格斯场牵扯,并因此放缓速度,就如同拥有巨大惯性的大质量粒子. 希格斯场与所有轻子、夸克以及 W 和Z规玻色子发生相互作用.光子和胶子不会与希格斯 场发生相互作用,因此没有质量,而顶夸克、W 和Z玻色子等粒子与希格斯场有更强相互作 用,因此获得较大质量.这理论预测了希格斯玻色子的存在,而希格斯玻色子为希格斯场的 一种激发状态,就像向平静的水面投入石块时激起的涟漪. 暗物质 宇宙间的物质分布并不平均,可分为三个层次:恒星受万有引力牵引形成星系,而多个星系 则形成星系团 . 星系环绕星系团的质心旋转 , 而其旋转速度与星系团内物质的分布情况相关. 根鄄,有些星系的转速太高,如果单单只受可见物质所产生的引力牵引,许多星系理论 上已逃离本身的星系团.因此必须要有一些不可见的物质加上额外的引力,才能使星系不致 离开.1933 年,弗里茨?兹威基将这些不可见物质命名为「暗物质」 . 於六十年代,天文学家薇拉?鲁宾量度星系的旋转速度,她发现由可见物质所产生的引力, 远远不足以牵引星系外围的恒星和气体,再一次唤起暗物质理论的讨论.现在,我们知道宇 宙中有大约 85%的物质是暗物质,它们不会和光产生作用,因此它们是透明而不可见的,但 它们具有引力.没有暗物质,宇宙就不会形成现在的多层次格局.最热门的暗物质候选者包 括超对称理论和额外维度模型中预测的粒子,其中一些粒子有机会由大型强子对撞机实验产 生. 暗能量 根窍档墓獾暮煲仆撇,许多星系看起来都在远离我们,在任何其他星系的任何观察者均 会看到相同的现象,这就是宇宙膨胀.因为万有引力为吸力,宇宙膨胀的速度理应因星系之 间的万有引力而逐渐减慢.然而科学家惊地发现,宇宙的膨胀速度实际上正在加速,这表 明有未知的斥力存在,而这斥力可能来自真空本身.宇宙中的这种神秘组成部分被称为暗能 量.许多模型试图使用新的场和粒子解释这种现象,这其中一些可能可以由大型强子对撞机 产生. P.7 研究粒子物理学的重要性 粒子物理学与我们的日常生活息息相关.人类在好奇心的驱使下,致力解开自然界未解的谜 团,例如宇宙的起源、结构和我们为甚麽存在.作为最基础的科学,粒子物理学是人类文明 中不可或缺的部分.其次,粒子物理学研究刺激不同科技领域的发展.当今许多於社会广泛 使用的技术,都是在粒子物理学的开创性研究中衍生出来.在未来,粒子物理学的研究将带 动更多不同科技领域的发展. 香港 ATLAS 小组 香港中文大学、香港科技大学和香港大学於