Глава 253. Темная материя •
С того момента, как люди начали смотреть в небо, воображение о небе, вселенной, звездах... никогда не прекращалось.
Солнце, луна, звезды... все это выглядит так красиво и загадочно.
А с приходом современного общества ученые начали использовать различные инструменты и оборудование для наблюдения и изучения звезд во Вселенной.
Долгое время они обнаруживали, что в нашей Вселенной может существовать огромная проблема.
То есть все вещества, которые мы знаем в повседневной жизни, например: деревья, камни, атомы, планеты, звезды, галактики, вместе взятые, составляют менее пяти процентов массы всей Вселенной.
А что такое оставшиеся девяносто пять процентов, никто не видит и не знает.
В последующих исследованиях ученые провели обширный анализ и отслеживание этих девяноста пяти процентов вещества.
В конечном итоге, с помощью различных физических формул и данных наблюдений было установлено, что в нашей Вселенной существует невидимое вещество, составляющее более девяноста пяти процентов от общей массы.
В то время профессор Фриц Цвикки, астроном, впервые предположивший и обнаруживший это вещество, назвал его "dark matter", что и дало начало термину "темная материя".
В ходе последующих исследований ученые обнаружили, что "dark matter" на самом деле делится на два типа: один - это темная материя, предложенная изначально, а другой - темная энергия.
Среди них темная материя составляет двадцать пять процентов всей Вселенной, а темная энергия - более семидесяти процентов всей Вселенной.
Вместе они составляют более девяноста пяти процентов от общей массы Вселенной.
Оставшиеся менее пяти процентов вещества сформировали все, что мы можем наблюдать сегодня.
Однако до сих пор мы не можем конкретно наблюдать девяносто пять процентов темной материи и темной энергии.
Их изучение все еще основано на различных предположениях и наблюдениях за этими аномальными космическими явлениями.
Например, движение небесных тел, явления ньютоновской гравитации, эффекты гравитационного линзирования, формирование крупномасштабной структуры Вселенной, результаты наблюдений микроволнового фонового излучения и так далее.
Эти космические явления показывают, что темная материя и темная энергия могут в больших количествах существовать в галактиках, скоплениях галактик и во Вселенной, и их масса намного больше, чем общая масса всех видимых небесных тел во Вселенной.
В сочетании с наблюдениями анизотропии микроволнового фонового излучения во Вселенной и стандартной космологической моделью (моделью ΛCDM) можно определить, что темная материя составляет 85% от общей массы всей материи во Вселенной и 26,8% от общей массы-энергии Вселенной.
Что касается изучения темной материи, то широко распространенная теория гласит, что темная материя состоит из "слабо взаимодействующих массивных частиц" (WIMP), масса и сила взаимодействия которых находятся вблизи электрослабого масштаба, и которые получают наблюдаемое остаточное изобилие в процессе теплового распада во время расширения Вселенной.
Кроме того, существуют гипотезы, что темная материя состоит из других типов частиц, таких как аксионы (axion), стерильные нейтрино (sterile neutrino) и другие гипотетические частицы.
А в прошлой жизни Сюй Чуань наблюдал аксионы и стерильные нейтрино - два вида веществ, косвенно доказывающих существование темной материи.
Если бы не правила Нобелевской премии, он мог бы получить Нобелевскую премию по физике в 2018 году в своей прошлой жизни непосредственно за это открытие.
В соответствии с принципами присуждения Нобелевской премии, медаль не присуждается первооткрывателю частиц или какого-либо неизвестного явления в рамках существующей теории, а также не присуждается исследователям, работающим на Большом адронном коллайдере.
Даже за самое сенсационное достижение в мире, награда будет присуждена только тому, кто предложил или усовершенствовал эту теорию.
Потому что в академическом сообществе широко распространено мнение, что работа первых двух, хотя и важна, но не является решающей.
А работа последнего является решающей.
Например, в 2012 году ЦЕРН обнаружил бозон Хиггса, а в 2013 году Нобелевская премия по физике была присуждена Питеру Хиггсу и Франсуа Энглеру, предложившим теорию бозона Хиггса.
Что касается исследователей ЦЕРНа, участвовавших в эксперименте, то, хотя все они внесли свой вклад, к сожалению, Нобелевская премия не имеет к ним никакого отношения.
Его научный руководитель, Эдвард Виттен, также является известным ученым этого типа.
Он предложил М-теорию и ряд совершенных теорий, и если эти теории будут подтверждены, то он, несомненно, получит Нобелевскую премию.
Но, к сожалению, неизвестно, сколько времени займет проверка его теории.
Подобно тому, как бозон Хиггса был теорией, предложенной в 1960-х годах, и только в 2013 году Хиггс и Франсуа Энглер, предложившие эту теорию, получили Нобелевскую премию, прошло почти шестьдесят лет.
Если Виттен захочет получить Нобелевскую премию за свою М-теорию, ему, возможно, придется ждать, пока он, как и Хиггс, не станет девяностолетним стариком.
Поэтому Сюй Чуань также не может получить Нобелевскую премию за открытие аксионов и стерильных нейтрино.
Однако, если он усовершенствует метод, который он ранее использовал для вычисления "наиболее идеального канала поиска распада для связи Юкавы бозона Хиггса с тяжелыми кварками третьего поколения", и распространит его на большинство частиц, у него может быть шанс получить еще одну Нобелевскую премию по физике.
Математическая модель или метод, который может значительно сэкономить средства на научные исследования, сэкономить много людских и материальных ресурсов, ускорить поиск новых частиц и усовершенствовать старые методы, имеет такое же значение для физики высоких энергий и физики элементарных частиц, как расширенное применение теоремы Сюй-Вейля-Берри для астрономии и астрофизики.
Однако в последнее время у него, вероятно, не будет времени заниматься этим.
С одной стороны, у него есть проекты, а с другой стороны, в этом году он должен сначала получить открытие стерильных нейтрино.
В конце концов, это его собственные научные достижения, и нет причин позволять другим забирать их.
Хотя Нобелевская премия - высшая честь, он ее уже получал.
Стерильные нейтрино связаны с открытием темной материи, и эта область, по мнению Сюй Чуаня, важнее Нобелевской премии.
Просто в настоящее время он не может выехать за границу, поэтому может только попытаться получить экспериментальные данные из ЦЕРНа и проанализировать их в Китае.
Изначально вступление Китая в ЦЕРН в качестве страны-члена было хорошей возможностью, но, к сожалению, в настоящее время китайский персонал в основном сосредоточен на двух основных детекторах - LHCb и ATLAS.
Что касается ALICE, то туда не было направлено никакого персонала.
Это доставило ему немало хлопот с поиском данных.
К счастью, его научным руководителем является Виттен, и, кроме того, его нынешний статус совершенно отличается от прежнего, а репутация лауреата Нобелевской премии по физике может очень помочь.
Ведь даже в ЦЕРНе, этой физической Мекке, лауреатов Нобелевской премии не так много, их можно пересчитать по пальцам.
Команда, отвечающая за детектор ALICE, и ЦЕРН будут рады, если лауреат Нобелевской премии примет активное участие в анализе экспериментальных данных.
Даже если он не поедет туда лично.
Поговорив с Линь Фэном о передовой информации в области физики и ЦЕРНа, Сюй Чуань вернулся на свою виллу.
Взяв телефон, Сюй Чуань позвонил Эдварду Виттену.
"Алло, Сюй Чуань", - раздался голос Эдварда Виттена.
"Учитель, вы участвовали в недавнем эксперименте по столкновению высоких энергий на детекторе ALICE в ЦЕРНе? Или, может быть, участвовал кто-то из ваших знакомых?" - спросил Сюй Чуань.
Виттен немного подумал и ответил: "Детектор ALICE, дайте подумать, я не занимаюсь обработкой данных оттуда. Кажется, обработкой данных эксперимента по столкновению высоких энергий, проведенного некоторое время назад, занимались команды из Калифорнийского технологического института и Сент-Эндрюсского университета".
"Что, тебя интересуют экспериментальные данные ALICE?"
Сюй Чуань кивнул и сказал: "Да, я слышал, что некоторое время назад LHC провел эксперимент по столкновению с уровнем энергии 13 ТэВ, и меня очень интересуют экспериментальные данные на этом уровне энергии".
Виттен улыбнулся и сказал: "Тогда приезжай в Женеву. Ты в любом случае являешься штатным научным сотрудником, и ЦЕРН всегда будет рад тебе".
Помолчав, он продолжил: "Я уверен, что команды Калифорнийского технологического института и Сент-Эндрюсского университета не откажутся от участия лауреата Нобелевской премии".
Сюй Чуань покачал головой и вздохнул: "К сожалению, сейчас у меня есть дела, и я не могу поехать. Если бы это было возможно, я бы хотел взглянуть на исходные данные эксперимента по столкновению".
Виттен задумался на мгновение и сказал: "Хорошо, я спрошу и посмотрю, можно ли получить копию экспериментальных данных".
Пожав плечами, он продолжил: "Хотя время публикации еще не пришло, похоже, что команды Калифорнийского технологического института и Сент-Эндрюсского университета пока не смогли проанализировать ничего полезного".
"Может быть, в твоих руках будут новые открытия?"
"Ведь никто не умеет лучше тебя анализировать данные столкновений с помощью математики".
Сюй Чуань улыбнулся: "Тогда я побеспокою вас, учитель".
Виттен беспечно махнул рукой и сказал: "Это пустяки. Я надеюсь найти что-нибудь новое".
"В конце концов, в современном мире физики уже давно не было никаких новых открытий".
Поручив своему научному руководителю Эдварду Виттену получить данные эксперимента по столкновению высоких энергий, Сюй Чуань вернулся в Институт ядерной энергии и продолжил второй этап разработки полупроводниковых материалов.
Не прошло и двух дней, как Виттен перезвонил.
"Алло, Сюй Чуань, я подал заявку в ЦЕРН на получение нужных тебе данных эксперимента по столкновению, и команда аналитиков из Калифорнийского технологического института и Сент-Эндрюсского университета дала согласие".
"Сейчас экспериментальные данные упаковываются и обрабатываются, это займет около двух-трех дней. Как отправить их тебе после обработки?"
В телефоне раздался голос Эдварда Виттена. Сюй Чуань немного подумал и сказал: "Передайте их в мой родной университет, Нанкинский университет. Я договорюсь с ними, и они свяжутся с ЦЕРНом".
"Хорошо, я как раз нахожусь в ЦЕРНе на конференции в эти два дня, так что я присмотрю за этим для тебя".
Сюй Чуань смущенно сказал: "Это слишком хлопотно для вас, учитель. Это же не такое важное дело, можно просто найти кого-нибудь для связи".
Это пустая трата талантов, когда человек уровня лауреата Филдсовской премии помогает ему отслеживать передачу данных. Для такого пустяка достаточно найти стажера или сотрудника.
Виттен улыбнулся: "Ничего страшного. Я надеюсь, что ты сможешь найти что-то новое в данных этого эксперимента по столкновению".
Закончив разговор, Сюй Чуань отправился в Нанкинский университет, чтобы воспользоваться суперкомпьютерным центром Нанкинского университета.
В Нанкинском университете также есть суперкомпьютер и суперкомпьютерный центр, который был создан всего несколько лет назад.
Проект высокопроизводительных вычислений Нанкинского университета был официально запущен в 2009 году и официально открыт в марте 2010 года.
Более десяти факультетов Нанкинского университета, включая факультет наук об атмосфере, факультет физики, факультет наук о Земле и инженерии, факультет химии и химической инженерии, факультет астрономии и космических наук, являются объектами обслуживания центра высокопроизводительных вычислений.
Теоретическая пиковая производительность достигает 34 триллионов операций с плавающей запятой в секунду, занимая седьмое место в национальном рейтинге TOP100 компьютеров и 203-е место в мировом рейтинге TOP500 компьютеров.
В 2018 году суперкомпьютерный центр Нанкинского университета еще не был устаревшим, и его производительность была вполне приличной.
По крайней мере, обработка экспериментальных данных, присланных из ЦЕРНа, не была проблемой.
Нанкинский университет без колебаний согласился на его просьбу, и большинство не столь срочных задач суперкомпьютерного центра были отложены на целый месяц.
Хотя центр высокопроизводительных вычислений Нанкинского университета всегда работал на полной мощности и выполнял высокоскоростные вычисления, и каждый день у него было много задач, отсрочка большинства задач на полмесяца означала, что дела многих людей пострадают.
Но будь то просьба лауреата Нобелевской премии или использование суперкомпьютерного центра Нанкинского университета для обработки данных ЦЕРНа, для Нанкинского университета это имело большое значение.
Физический факультет Нанкинского университета очень силен, он входит как минимум в тройку лучших в стране, а также всегда был партнером ЦЕРНа, и каждый год туда отправляется немало студентов.
Будь то по рекомендации профессоров или по собственной заявке.
Возможность принять участие в обработке экспериментальных данных в этом святом месте физики, ЦЕРНе, даже если это тяжелая работа, - это очень хорошо, чтобы почувствовать атмосферу.
Там слишком много великих людей, и если вы действительно интересуетесь наукой, вы не упустите такую возможность.
И Сюй Чуаню, получившему экспериментальные данные и обрабатывающему их в суперкомпьютерном центре Нанкинского университета, определенно понадобится помощь группы профессоров и студентов, что для Нанкинского университета поможет подготовить больше талантов и подать заявку на участие в большем количестве обменов с ЦЕРНом в следующем году.
"Тогда, учитель, я побеспокою вас предварительным анализом экспериментальных данных".
В кабинете Чэнь Чжэнпина Сюй Чуань сказал с некоторым смущением.
После того, как в Нанкинском университете установили связь с ЦЕРНом, Виттен организовал отправку экспериментальных данных детектора ATLAS.
Все данные были необработанными и требовали обработки.
Но очевидно, что у него сейчас не было времени, так как второй этап разработки полупроводниковых материалов для ядерного проекта вступил в решающую стадию, и он не мог найти время, чтобы заняться чем-то другим.
Поэтому ему пришлось побеспокоить Чэнь Чжэнпина и группу докторантов из Нанкинского университета, чтобы они помогли с предварительной обработкой экспериментальных данных.
Хотя Калифорнийский технологический институт и Сент-Эндрюсский университет уже провели довольно длительный анализ этих данных, очевидно, что они не могли отправить ему свои проанализированные данные.
Уже хорошо, что они дополнительно согласились предоставить ему копию исходных данных, ведь это был их проект, и до полного раскрытия оставалось еще много времени.
В кабинете Чэнь Чжэнпин с улыбкой сказал: "Это ничего, для студентов Нанкинского университета это даже хорошо, ведь не у каждого есть возможность пройти практику в ЦЕРНе".
"Этих твоих полных исходных данных достаточно, чтобы они почувствовали себя так, как будто работают в ЦЕРНе, не выезжая из страны".