粒子對(duì)撞機(jī)與宇宙大爆炸

9月10日，歐洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)啟動(dòng)。公眾從各種媒體得知，這座世界最大的粒子對(duì)撞機(jī)，將模擬宇宙大爆炸早期的情景。

以前，人們認(rèn)為宇宙是靜止的。20世紀(jì)20年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙正在膨脹。30年代，勒梅特想：宇宙膨脹會(huì)不會(huì)是由一場(chǎng)大爆炸引起的？1948年，美國(guó)科學(xué)家伽莫夫、阿爾法發(fā)表論文，發(fā)展了勒梅特的理論，為熱大爆炸宇宙學(xué)奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)前半期的觀念變革，精彩而富有啟發(fā)。熱大爆炸宇宙學(xué)主要說(shuō)了些什么呢？

在早期，宇宙的物質(zhì)密度極高，溫度也極高，可以說(shuō)那時(shí)的宇宙是超高溫、超高能的“宇宙湯”。后來(lái)，宇宙不斷膨脹，物質(zhì)密度不斷變“稀”，溫度不斷下降。宇宙從熱到冷、從密到稀的演化過(guò)程，猶如規(guī)模巨大的“熱大爆炸”。

人類對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索沒(méi)有止境。“標(biāo)準(zhǔn)模型”提出，構(gòu)成物質(zhì)的最小單元是夸克和輕子，物質(zhì)是由3對(duì)輕子和3對(duì)夸克組成的。然而在實(shí)際生活中，我們就只會(huì)遇到兩種夸克——上夸克和下夸克。其他4種夸克（粲夸克、奇異夸克；頂夸克、底夸克），僅僅在宇宙大爆炸之初存在過(guò)。在今日地球上，這4種夸克只有在粒子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)中才能出現(xiàn)。這就是說(shuō)，粒子對(duì)撞機(jī)能夠模擬宇宙大爆炸之初的狀況。

日常生活里，我們要想知道核桃里面的構(gòu)造，就把兩個(gè)核桃對(duì)撞，把它們打碎。外皮打碎了，就看見(jiàn)了果肉。粒子對(duì)撞機(jī)也是這個(gè)道理。這就是為什么有人把各種粒子對(duì)撞機(jī)形象地稱為“原子粉碎機(jī)”。

利用高能加速器，把兩束粒子加速到接近光速，然后令它們對(duì)撞，檢測(cè)對(duì)撞時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象，科學(xué)家可以得到對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的許多新認(rèn)識(shí)，這就是粒子對(duì)撞機(jī)的主要工作機(jī)理。……