跳到正文
Collider

夸克教授

加速器旁的向导。这些是游戏里他的讲座,按你遇到的先后顺序排列。

夸克教授的像素风肖像

故事

夸克教授

“啊,你来了。我是夸克教授,很高兴认识你。你刚刚看到了万物的开端——而在日内瓦地下一百米,我们要以小规模重现这个开端:就在我的粒子加速器里。”

夸克教授

“五十年来,标准模型几乎解释了一切:夸克、轻子、三种力。只是“几乎”。宇宙中约 85% 的物质是暗物质,没人知道它由什么构成。”

夸克教授

“我确信,答案就藏在还没人达到过的能量里。为此我们需要一个更大的环。之后怕是还得再来一个。”

夸克教授

“原理是这样的:两个粒子束团以接近光速沿相反方向在环里飞驰。它们在探测器里交叉——你就在那里让它们碰撞。运动的能量变成新的粒子:E = mc²。”

夸克教授

“每次碰撞都会产生数据,用来支付升级。你找到的粒子用来支付磁铁和探测器。束流能量越高,能产生的粒子就越重。”

夸克教授

“远大目标:希格斯玻色子。集齐五个,委员会就会批准下一个环。先是 FCC,然后横跨欧洲、环绕地球、环绕月球……一直到日球层。”

夸克教授

“而在那遥远的地方,在一切已知之外,还有一些正式来说根本不存在的粒子在等着。我们会找到它们。一起。”

机制如何运作

夸克教授

“下方是节拍条。圆点随粒子束团的节奏移动——亮区就是它们恰好在探测器里交叉的时刻。”

夸克教授

“在亮区内点按就算命中:拿到全部数据,还有机会发现新粒子。点偏了就错过交叉——束流只撞上真空管里的残余气体:几个字节,仅此而已。”

夸克教授

“命中。但在 1 MeV 下只会产生光子——没有质量的光量子。能量还不够产生物质。”

夸克教授

“电子的质量是 0.511 MeV,而且它从不单独出现,总是和它的反粒子正电子一起产生。合计 1.02 MeV,这就是束流至少需要的能量。按爱因斯坦算一算:E = mc²。”

夸克教授

“还有一点:连续命中多次交叉,就会积累聚焦——每次命中带来更多碰撞。打偏一次或停顿太久,聚焦就没了。”

夸克教授

“一个电子——你的第一份物质,由纯能量造出。它的对应物正电子由保罗·狄拉克预言,1932 年真的被发现了。”

夸克教授

“粒子是这里的第二种货币。数据支付束流,粒子支付机器——比如电子支付亮度。”

夸克教授

“亮度意味着更密的束团,也就有更多碰撞——即使你不动手,每级每秒 0.2 次。你亲手命中依然更好:优秀及以上的粒子,机会都是三倍。”

夸克教授

“现在你去拿咖啡时,机器也照样运转。该定下一个目标了:140 MeV 的 π 介子。”

夸克教授

“π 介子是最轻的强子——一个夸克和一个反夸克,由强力束缚在一起。汤川秀树在 1935 年预言了它,作为原子核的“胶水”。”

夸克教授

“π 介子。紧接着是 μ 子——电子的重表亲,质量是它的 207 倍。”

夸克教授

“用这两种粒子支付磁场。更强的二极磁铁能让更高能的束流留在轨道上——每一级让每次碰撞的数据 ×1.3。”

夸克教授

“探测器像洋葱一样构造:一层套一层,每一层看到不同的粒子。”

夸克教授

“最里面是顶点探测器,捕捉短寿命的重粒子;然后是径迹探测器,测带电粒子。量能器测量能量,最外层是 μ 子室——只有 μ 子能走那么远。”

夸克教授

“某一层每升一级,它对应的粒子家族就多出现 12%。先从径迹探测器开始:头几级只要几个 π 介子,你能在事例显示里第一次看到真正的径迹。”

夸克教授

“已经攒下不少了。粒子分六个等级:普通、优秀、稀有、史诗、传说——还有神话,那是各个环的大目标。每个更大的环都会带来新的假想粒子。”

夸克教授

“图鉴告诉你每种粒子是什么、是怎么被发现的——以及你还缺什么。”

夸克教授

“到了 125 GeV 就要动真格了:希格斯玻色子。彼得·希格斯在 1964 年预言了它,2012 年它被发现——就在 CERN 这里。”

夸克教授

“在真实的 LHC 上,每十亿次碰撞才出现一个。我们这里快一些,但它依然稀有。量能器会帮忙:它能看到衰变成两个光子的过程。”

夸克教授

“咱们私下说:如果一个束团发出彩色的光,它就带着稀有的东西。要命中那次交叉——否则它就没了。”

夸克教授

“现在变得优雅起来了:每种粒子都以自己的频率振荡,E = hν。在升级菜单里,把束流的波精确地推到 J/ψ 的波上——它会成批产生。它 1974 年的发现至今被称为“十一月革命”。”

夸克教授

“测得很干净。好的事例会被发表,分四个等级:会议报告、论文、封面文章、诺贝尔奖——每种粒子的每个等级都有一个栏位。事例能到哪一级,取决于它最弱的那项测量;更好的探测器和升级能把它拉高。图鉴里能看到哪些已经发表。”

夸克教授

“你记录的每个事例都会用七个数值来测量:质量、分辨率、显著性、√s、堆积、稀有度和触发。你可以在测量记录里看到它们。”

夸克教授

“每个数值都会与同一游戏阶段的可比事例相比。“优于60%”表示优于100个可比事例中的60个。”

夸克教授

“七个数值中最弱的一个决定等级:60% 起为会议报告,80% 起为论文,90% 起为封面文章,99.2% 起为诺贝尔奖。有一个数值偏弱,就会拖住整个事例。”

夸克教授

“灰色栏位还是空的;一旦有事例足够好,它们就会自动填满。为此要升级探测器、分辨率和触发,并保持较低的堆积——点按某个数值,就能看到哪项升级有帮助。”

每到一个新环

第 2 环 · FCC 环

夸克教授

“FCC,未来环形对撞机:周长 91 公里,由 CERN 规划,建在日内瓦和日内瓦湖的地下,目标约 100 TeV——大约是 LHC 的七倍。这是真实的计划,不是编的。”

夸克教授

“能量更高,粒子就能更重。同事们猜测这里有已知粒子的重伙伴、额外的力传递者,以及来自一个几乎不与我们打交道的暗区的信号。这些都没有被证实——从现在起,我们说“假想的”。”

夸克教授

“新机制:扩建后亮度直接从 1 级开始,束流从一开始就会自己碰撞。扩建会重置数据和升级;图鉴和神话粒子保留,产出永久提高到 ×1.6。”

第 3 环 · 大陆环

夸克教授

“从这里开始我们就离开现实了。大陆环是虚构的,没人这样规划:周长 3,000 公里,横贯欧洲,能量高达 2 PeV——是 LHC 的一百多倍。好在纸上画环不花钱。”

夸克教授

“这里可能出现什么?夸克和轻子之间的桥梁、狄拉克早在 1931 年就认为可能存在的单个磁极,以及一种能解开强力之谜的极轻粒子。当然,全都是假想的。”

夸克教授

“新机制:双束流。每 10 次碰撞中有一次算两次——双倍数据,外加一次发现新粒子的额外机会。产出永久提高到 ×2.6。”

第 4 环 · 地球环

夸克教授

“地球环:40,000 公里,绕赤道一圈。虚构,但有渊源:恩里科·费米早在 1954 年就算过绕地球一圈的加速器能做到什么。这里的能量可达 200 PeV。”

夸克教授

“同事们在这里猜测什么?中微子的重兄弟——这能解释为什么已知的中微子轻得出奇。还有引力的量子,量子物理唯一还缺的那一个。两者都是假想的。”

夸克教授

“新机制:自动运行时连击保持。只要亮度在运转,连击就不会衰减,自动碰撞也能享受连击倍率。产出永久 ×4.1。”

第 5 环 · 月球轨道环

夸克教授

“月球轨道环:周长 240 万公里,月球本身就在这条轨道上运行。虚构。20 EeV 听起来很荒唐,但大自然早就做到了:宇宙线的能量甚至更高——只是从不瞄准。”

夸克教授

“同事们猜测这里有弱力场中一种奇特的跃迁。它或许能解释为什么大爆炸后还剩下物质,而没有和反物质一同湮灭。从未被观测到——假想的。”

夸克教授

“新机制:异常事件。每隔几分钟,舞台上会出现一个异常,持续 12 秒。点按它可获得时间加速(产出 ×3)或批量掉落;错过了就消失,没有惩罚。产出 ×6.6。”

第 6 环 · 太阳轨道环

夸克教授

“太阳轨道环:9.4 亿公里,地球只是轨道上的一个点。虚构,能量高达 2 ZeV。谁要建这个,得有很长的耐心——还有很多很多咖啡。”

夸克教授

“同事们在这里猜测什么?像强子一样慢吞吞穿过探测器的重而长寿的粒子,以及暗物质的常年热门:迟缓、沉重、几乎从不相互作用。至今没有探测到——假想的。”

夸克教授

“新机制:第二台探测器。就像 ATLAS 和 CMS,每圈现在有两个交叉点;节拍减半,可能的命中翻倍。产出 ×10.5。”

第 7 环 · 日球层环

夸克教授

“日球层环位于太阳系的外围,太阳风在那里消散于星际气体中。旅行者号已经越过了这条边界——但那里的加速器是虚构的。这里的束流能量没有上限。”

夸克教授

“同事们在这里寻找关于时空本质的线索:物质是微小的振动弦,还有额外维度,引力在其中可能比我们以为的更强。很美,但未经证实——假想的。”

夸克教授

“新机制:全部共振。所有有质量的粒子现在都能通过调谐作为共振产生(±3%),希格斯也不例外。产出 ×16.8。然后呢?只剩下宇宙本身了。”

夸克教授

“旧环(LHC 环)现在充当预加速器,就像在 CERN,SPS 以 450 GeV 把束流送入 LHC。所以你的束流从 375.8 GeV 开始,约为这个环所能达到能量的十五分之一。每提升一级束流,新环就会明显地多建一些。”

当你发现假想粒子时

  • 中性微子

    夸克教授

    “一个中性微子。超对称中最轻的伙伴粒子:中性、沉重、几乎不可见——暗物质的候选者。在探测器里它只以丢失能量的形式现身:那条不存在的径迹。当然,是假想的。”

  • Z′ 玻色子

    夸克教授

    “一个 Z′,Z 玻色子的大哥。如果还有另一种力,它就需要另一个传递者。它的指纹:一对能量高得可疑的 μ 子。真实实验至今一无所获——所以我们才建得更大。”

  • 暗光子

    夸克教授

    “一个暗光子——一种只有暗物质才能感受到的力的光。我们顶多能看到它,是因为它和普通光子有一点点混合。同事们说这是假想的。这事咱们还是别外传了。”

  • 轻子夸克

    夸克教授

    “一个轻子夸克——一半夸克一半轻子,好像两个粒子家族联姻了。大统一理论预言了它;B 衰变中的迹象至今没有得到证实。希望总是最后才熄灭。假想的。”

  • 磁单极子

    夸克教授

    “一个磁单极子:有北极没有南极。把磁铁掰断,你只会得到两块磁铁。狄拉克在 1931 年证明,哪怕只存在一个,也能解释为什么电荷是一份一份的。至今没人见过。”

  • 轴子

    夸克教授

    “一个轴子。它是为了解释中子为何在电性上平衡得如此出奇而设想出来的——顺带还是暗物质的候选者。非常轻、非常害羞,而且是假想的。一个解决问题的粒子,而那个问题你得先注意到才行。”

  • 重中微子

    夸克教授

    “一个重中微子。已知的中微子轻得出奇——也许是因为它们有重兄弟:一个越重,其他的就越轻。就像跷跷板,这个机制也正叫“跷跷板机制”。假想的。”

  • 引力子

    夸克教授

    “一个引力子,引力的量子——我们唯一还没有量子理论的力。谁能单独探测到一个,就能去斯德哥尔摩。现实中它难抓得超乎想象;当然,是假想的。”

  • 鞍点子

    夸克教授

    “一个鞍点子:不是粒子,而是弱力场中的一种跃迁,对物质和反物质区别对待,也许能解释为什么还剩下了东西。原名 sphaleron 来自希腊语:“随时会倒下”。假想的。”

  • R 强子

    夸克教授

    “一个 R 强子:一种裹着普通夸克外衣的超对称重粒子。它又重又长寿,能穿过整个探测器——就像高速公路上的大货车。同事们说这是假想的。”

  • WIMP

    夸克教授

    “一个 WIMP:Weakly Interacting Massive Particle,弱相互作用大质量粒子——英文“wimp”本意是“弱鸡”,正好相配。几十年来它都是暗物质的头号人选,可迄今的每次搜寻都扑了空。想抓到一个纯属痴心妄想。好在这里允许做梦。”

  • 弦球

    夸克教授

    “一个弦球。如果粒子是微小的振动弦,足够的能量就能把它们缠成一团,再衰变成许多粒子。弦论很优雅,但未经证实。别把结果当真——但尽管满怀热情。”

  • 微型黑洞

    夸克教授

    “一个微型黑洞。别担心:它是假想的,会通过霍金辐射在眨眼间蒸发。若碰撞能造出它,宇宙线几十亿年来早就造过了——什么也没发生。看到光线弯曲了吗?那是爱因斯坦的引力。”