Глава 783. CERN Достоверность 5 сигма для сильного электромагнитного взаимодействия •
Эксперимент по столкновению 17 триллионов электрон-вольт прошел успешно, подтвердив два с половиной года напряженной работы и усилий исследователей, инженеров, ученых, рабочих, государственных служащих... Бесчисленное количество людей боролись за это.
Для любой страны и даже для всего мира кольцевой сверхмощный коллайдер частиц CRHPC можно назвать "важным инструментом".
Это кристаллизация научной мудрости человечества, самая яркая корона в физическом сообществе, а также направление и надежда на будущее развитие.
После успешного завершения первого раунда эксперимента по столкновению 17 триллионов электрон-вольт, сразу же началась работа по поиску данных о константе связи для нарушения симметрии сильного электромагнитного взаимодействия, которая является наиболее важной в теории единого сильного электромагнитного взаимодействия.
На главном накопительном кольце трубопровода "Большой обычный сверхпроводящий кольцевой детектор поля" и "Детектор отслеживания траектории кинетической энергии", расположенные в восточном и юго-восточном углах, начали совместную работу по захвату сигнала константы связи для нарушения симметрии сильного электромагнитного взаимодействия.
Высокояркий LHC уже опубликовал данные о достоверности 3 сигма, что в значительной степени подтверждает правильность теории единого сильного электромагнитного взаимодействия.
Осталось только посмотреть, кто первым достигнет достоверности 5 сигма.
Для теоретической физики решающим фактором является конечный результат.
Что касается того, сколько промежуточных результатов было до этого, то это не так важно.
Только действительно решающая и проверочная работа может определить, верна ли эта теория.
Эксперимент по столкновению 17 триллионов электрон-вольт прошел успешно, и приемка кольцевого сверхмощного коллайдера частиц CRHPC идет стабильно и упорядоченно.
В накопительном кольце главной трубы коллайдера десятки тысяч сгустков частиц, содержащих сотни миллионов частиц, несутся в вакуумной трубе со скоростью, близкой к скорости света, и их скорость постоянно увеличивается под действием сильного магнитного поля, создаваемого сверхпроводящими материалами, расположенными снаружи.
Энергия, содержащаяся в каждом пучке частиц, постоянно увеличивается, постепенно приближаясь к огромному порогу в 100 ТэВ.
Хотя работа по проверке теории единого сильного электромагнитного взаимодействия уже началась, для коллайдера CRHPC, который в настоящее время находится в стадии приемки, его текущая работа по-прежнему заключается в проведении различных настроек и испытаний.
Работа по захвату сигнала константы связи для нарушения симметрии сильного электромагнитного взаимодействия - это всего лишь попутная задача.
Также стоит отметить, что два дня назад Линь Фэн, Пекинский университет и Национальная лаборатория ядерной физики совместно представили предложение об "эксперименте по точному измерению аномального магнитного момента протона и эксперименте по наблюдению тау-лептонов", и после совместного обсуждения трех сторон было решено временно приостановить его и провести позже.
Причина проста: ни Линь Фэн, ни физический факультет Пекинского университета, ни команда Национальной лаборатории ядерной физики не хотят упускать работу по проверке теории единого сильного электромагнитного взаимодействия.
Даже если все в этой работе являются всего лишь винтиками, они не хотят ее упускать.
Ведь это действительно великое достижение, которое выпадает раз в столетие, и даже если ты просто закручиваешь винтики, то можешь гордиться этим, выйдя на улицу.
В будущем, когда выйдешь на пенсию и будешь хвастаться перед другими стариками, скажешь: "В те времена теорию единого сильного электромагнитного взаимодействия проверял я сам".
Это как ученые, инженеры и даже рабочие, которые участвовали в проекте управляемого термоядерного синтеза в те годы.
Это достижение, где бы оно ни было, будет встречено с уважением, и можно сказать, что с ним можно ходить с высоко поднятой головой.
Эксперимент по проверке теории единого сильного электромагнитного взаимодействия был проведен дважды, и после получения двух партий экспериментальных данных энергия коллайдера CRHPC начала непрерывно увеличиваться, стремясь к энергии столкновения в 100 ТэВ.
После получения двух партий исходных данных, работа по анализу исходных данных сигнала константы связи для нарушения симметрии сильного электромагнитного взаимодействия также началась упорядоченно.
Сюй Чуань лично участвовал в этой работе, и исходные данные, полученные с помощью "Большого обычного сверхпроводящего кольцевого детектора поля" и "Детектора отслеживания траектории кинетической энергии", сначала подвергались предварительной обработке и очистке в суперкомпьютере.
Эти два детектора являются детекторами общего назначения, состоящими из многослойной структуры, каждый слой детектора предназначен для поиска определенных свойств или определенных типов частиц.
То есть цель конструкции состоит в том, чтобы как можно шире обнаруживать различные возможные сигналы, а не искать какую-то одну отдельную частицу или явление.
Таким образом, независимо от того, какой физический процесс происходит в новой физике или какие новые частицы образуются, детектор общего назначения должен быть способен обнаружить и измерить их физические свойства.
Например, его устройство слежения выполняет свою работу, показывая траекторию движения частиц.
Например, "мезон" - это один из видов частиц, он редко взаимодействует с веществом, мезонная камера - устройство слежения, специально предназначенное для обнаружения мезонов, - обычно составляет самый внешний слой детектора.
Для сравнения, большинство других устройств не делают траекторию частиц непосредственно видимой, а записывают крошечные электрические сигналы, срабатывающие при прохождении частиц через устройство, а затем компьютерная программа восстанавливает записанную картину траектории.
Или "детектор идентификации частиц", который различает типы частиц.
Он может определять типы частиц, отслеживая траекторию заряда и энергию частиц с помощью устройства слежения и калориметра.
Только с помощью этих изысканных инструментов и оборудования можно зафиксировать траекторию и энергию, образующиеся при столкновении высокоэнергетических частиц, и представить микромир, который изначально невозможно было зафиксировать невооруженным глазом, перед всеми.
Конечно, это только первый шаг.
После сбора данных о столкновении высокоэнергетических частиц необходимо также проверить и скорректировать данные, удалить недействительные или ошибочные точки данных, чтобы обеспечить точность и надежность данных.
Затем эти данные будут преобразованы в форму, пригодную для дальнейшего анализа.
Например, исходные аналоговые сигналы будут преобразованы в результаты измерения физических величин, классифицированы различными способами и т. д.
После предварительной обработки данных эти запланированные данные о столкновениях будут подвергнуты углубленному изучению с использованием различных методов анализа.
Включая, но не ограничиваясь, статистический анализ данных, подгонку моделей, реконструкцию случайных событий и идентификацию частиц.
С помощью этих методов можно извлечь полезную информацию из данных, проанализировать свойства частиц, измерить параметры и дополнительно проверить и подтвердить физические модели.
В этих процессах "математическая модель анализа", созданная для исследуемых частиц, является наиболее важной.
Только точная модель может найти характеристики целевых частиц или явлений из, можно сказать, почти "бесконечных" исходных данных и найти нужный сигнал.
Можно сказать, что каждое открытие, каждый прорыв, каждое подтверждение теории в области физики высоких энергий чрезвычайно трудны и чрезвычайно сложны.
Работа по анализу исходных данных сигнала константы связи для нарушения симметрии сильного электромагнитного взаимодействия ведется упорядоченно.
Если бы это была другая неизвестная область, то догнать CERN, который уже опережает более чем на месяц, было бы очень сложно, а то и вовсе невозможно.
Но в теории единого сильного электромагнитного взаимодействия, даже если CERN первым начал работу по исследованию и анализу сигнала константы связи для нарушения симметрии сильного электромагнитного взаимодействия более чем на месяц раньше, Сюй Чуань по-прежнему уверен, что сможет догнать его.
Никто не знает теорию единого сильного электромагнитного взаимодействия лучше него!
И никто не знает лучше него, в каких исходных данных столкновений появится сигнал константы связи для нарушения симметрии сильного электромагнитного взаимодействия, каковы его характеристики и форма.
Целевая математическая модель была разработана им с точки зрения основы и алгоритма, а затем в сотрудничестве с суперкомпьютерным центром и ведущими физическими командами из крупных университетов страны.
Всего за неделю, еще до начала эксперимента по столкновению с энергией 100 ТэВ, они уже довели достоверность сигнала константы связи для нарушения симметрии сильного электромагнитного взаимодействия до уровня 2 сигма!
Хотя это еще немного далеко от 3 сигма, ранее опубликованных CERN, но им потребовалась всего неделя.
Что еще более важно, в настоящее время у них есть данные только двух экспериментов по столкновению.
Вероятность распределения значений по принципу 2 сигма в (μ-2σ, μ+2σ) составляет 0,9544; вероятность распределения значений по принципу 3 сигма в (μ-3σ, μ+3σ) составляет 0,9974; разница между 0,9544 и 0,9974 не очень велика.
Конечно, для обнаружения частиц и проверки теории в области физики высоких энергий, или, можно сказать, для любого "балла" на высшем уровне, чем выше, тем сложнее его повысить.
В этом отношении это похоже на результаты экзаменов. Каждый балл, на который повышается высший балл, увеличивает сложность на несколько порядков.
Как и в математике, если вы набираете больше 130 баллов, то каждый балл, на который вы повышаете, требует экспоненциально большего количества пота и усилий, если вы не являетесь по-настоящему одаренным.
То же самое относится и к экспериментам по столкновению частиц в физике высоких энергий: чтобы повысить достоверность с 0 до международно признанных 5 сигма, на ранних стадиях это относительно легко, но на более поздних стадиях становится все труднее.
Как и в случае с бозоном Хиггса в те годы, после завершения модернизации LHC потребовалось несколько месяцев, чтобы подтвердить существование бозона Хиггса.
То, что им удалось всего за неделю довести достоверность сигнала константы связи для нарушения симметрии сильного электромагнитного взаимодействия до уровня 2 сигма, неотделимо от Сюй Чуаня, создателя теории единого сильного электромагнитного взаимодействия, и от математической модели, которую он разработал.
Работа, которую CERN завершил более месяца назад, а им потребовалась всего неделя.
Надо сказать, что этот результат, даже если они находятся в положении догоняющих, и физическая команда Калифорнийского технологического института заранее опубликовала график Далица и соответствующие материалы, все равно можно назвать блестящим.
В то же время, на другом конце Евразийского континента.
Штаб-квартира CERN, проходит пресс-конференция, созванная лично председателем совета Элизером Рабиновичем.
"...Вчера профессор Фокс Хейл, руководитель физической группы Стэнфордского университета, официально представил в совет CERN отчет о приемке достоверности 5 сигма для сигнала константы связи для нарушения симметрии сильного электромагнитного взаимодействия!"
"График Далица, официально представленный профессором Фоксом Хейлом, в настоящее время имеет достоверность сигнала 5 сигма, то есть в нормальном распределении данных столкновений более 99,99994% средних значений данных находятся в пределах плюс-минус трех стандартных отклонений".
"Благодаря совместным усилиям физической команды Стэнфордского университета и многих ученых CERN, у нас, наконец, есть первая работа, которая скоро будет завершена, по проверке данных, предсказанных теорией единого сильного электромагнитного взаимодействия!"
"Это эпическое достижение, которое войдет в историю!"
"Кроме того, по совместному решению профессора Фокса Хейла и совета CERN, CERN официально проведет отчетное совещание по приемке эксперимента с константой связи для нарушения симметрии сильного электромагнитного взаимодействия через три дня, то есть 1 августа".
"Мы приглашаем физиков со всего мира принять участие в этой важной конференции".
"."
Внезапная новость мгновенно взбудоражила всю пресс-конференцию.
Все репортеры удивленно посмотрели на председателя совета Элизера Рабиновича на трибуне, в их глазах было потрясение, недоумение, удивление и другие невероятные выражения.
Репортеры, которые могут прийти на пресс-конференцию такой физической организации, как CERN, более или менее знакомы с областью физики высоких энергий.
Ведь если вы действительно ничего не знаете, то даже если вы возьмете интервью о каких-то проблемах и сенсациях, вы не будете знать, как написать статью, верно?
Поэтому новость, которую только что обнародовал председатель совета Элизер Рабинович, несомненно, шокировала всех.
Менее чем за два месяца достоверность сигнала константы связи для нарушения симметрии сильного электромагнитного взаимодействия была увеличена с 0 до более чем 5 сигма.
Такая скорость и эффективность в прошлом были просто недостижимы.
Не говоря уже о других, возьмем, к примеру, самое известное "частицу Бога" в 21 веке, то есть подтверждение бозона Хиггса, на это ушло четыре или пять месяцев, прежде чем достоверность была увеличена до 5,1 сигма.
Когда эффективность CERN стала такой высокой?
После короткого шока все репортеры в зале мгновенно пришли в возбуждение.
Что означает достижение достоверности 5 сигма для сигнала константы связи для нарушения симметрии сильного электромагнитного взаимодействия, говорить не приходится, по крайней мере, часть теории единого сильного электромагнитного взаимодействия, причем основная часть предсказания, уже подтверждена!
Для физического сообщества и даже для всего мира это, несомненно, потрясающая новость.
В одно мгновение вперед потянулись диктофоны.
"Господин председатель Рабинович, означает ли это, что теория единого сильного электромагнитного взаимодействия профессора Сюя уже подтверждена?"
Услышав это знакомое имя, Элизер Рабинович слегка нахмурился, хотя он и не хотел слышать это имя, но факт обойти никак нельзя.
Подумав немного, он быстро сказал: "Сигнал константы связи для нарушения симметрии сильного электромагнитного взаимодействия - это только часть теории единого сильного электромагнитного взаимодействия, и даже если он достиг достоверности 5 сигма, нам еще предстоит пройти долгий путь, чтобы подтвердить теорию единого сильного электромагнитного взаимодействия".
"По сравнению с полностью проверенной теорией единого сильного электромагнитного взаимодействия, сигнал константы связи для нарушения симметрии сильного электромагнитного взаимодействия, проверенный физической группой Стэнфордского университета, в настоящее время более достоин празднования".
"Это будет большой шаг вперед для физического сообщества!"
Как только он закончил говорить, последовал еще один вопрос.
"Господин председатель Рабинович, как известно, проверка какой-либо теории часто требует много времени, особенно в области физики высоких энергий".
"Например, для проверки бозона Хиггса потребовалось четыре или пять месяцев, чтобы достичь достоверности 5,1 сигма. Почему на этот раз CERN смог так быстро завершить работу по проверке константы связи для нарушения симметрии сильного электромагнитного взаимодействия?"
Рабинович улыбнулся и быстро ответил: "Конечно, это неотделимо от совместных усилий физической группы Стэнфордского университета и многих ученых и сотрудников CERN!"
"Именно их неустанный труд, можно даже сказать, работа по шестнадцать часов в день, позволили завершить работу по проверке константы связи для нарушения симметрии сильного электромагнитного взаимодействия всего за два месяца".
Сделав небольшую паузу, он посмотрел на репортеров.
"Конечно, это также неотделимо от мощной производительности модернизированного высокояркого адронного коллайдера LHC и превосходного сверхпроводящего кольцевого детектора поля ATLAS. Отличное оборудование предоставило нам более четкие данные о столкновениях и больше столкновений частиц, что также является неотъемлемой частью!"
"Здравствуйте, господин председатель Рабинович, если работа по проверке константы связи для нарушения симметрии сильного электромагнитного взаимодействия будет подтверждена, принесет ли это достижение новую Нобелевскую премию по физике профессору Сюй Чуаню, который предложил эту теорию?"
Услышав, что вопрос снова связан с Сюй Чуанем, Рабинович с трудом улыбнулся и ответил: "Этот вопрос вам следует задать Шведской королевской академии наук, присуждение Нобелевской премии - это их решение".
"На мой взгляд, работа по проверке константы связи для нарушения симметрии сильного электромагнитного взаимодействия, несомненно, достойна Нобелевской премии".
"Однако..."
Сделав паузу, он продолжил с улыбкой: "Однако эта Нобелевская премия должна быть присуждена физической группе Стэнфордского университета, которая работала над проверкой константы связи для нарушения симметрии сильного электромагнитного взаимодействия".
"Именно они разработали и оптимизировали весь процесс проверки, что позволило нам так быстро завершить эту работу".
Услышав этот ответ, репортеры в зале сразу же взволновались, и кто-то быстро спросил.
"Господин председатель Рабинович, вы считаете, что профессор Фокс Хейл из Стэнфордского университета больше достоин этой Нобелевской премии, чем профессор Сюй Чуань?"
"Я этого не говорил. Если теория единого сильного электромагнитного взаимодействия будет полностью подтверждена, я уверен, что Нобелевская премия, несомненно, достанется профессору Сюю".
"Но сейчас она подтверждена лишь частично, и нам еще предстоит пройти долгий путь".
"И работа профессора Фокса Хейла также превосходна. Именно он внес огромный вклад в работу по столкновению, которая привела к открытию константы связи для нарушения симметрии сильного электромагнитного взаимодействия, и благодаря ему мы имеем сегодняшний результат".