① 世界上最強大的重離子對撞機本周上線
它將讓科學家們窺探超新星的內部運作
研究人員於 5 月 2 日宣布，世界上最強大的重離子加速器——它將創造新的奇異原子並揭示恆星和超新星如何形成構成我們宇宙的元素——終於完成了。
密歇根州立大學 (MSU) 耗資 7.3 億美元的稀有同位素束 (FRIB) 設施的實驗定於本周開始。一旦上線，新反應堆將相互發射兩個重 原子核 ，將它們分開，使科學家能夠研究是什麼將它們粘合在一起，以及稀有的原子同位素——它們的原子核中具有不同數量的中子的 化學元素 的版本——是多麼稀有結構化的。
雖然過去的重離子加速器（例如密歇根州立大學以前的加速器國家超導迴旋加速器實驗室）使科學家能夠瞥見奇異原子，但他們並沒有以足夠快的速度生產它們，從而使詳細研究成為可能。據密歇根州立大學的科學家稱，新的 FRIB 加速器將使研究人員能夠接觸到 1000 多種新同位素，讓他們對新的 癌症 治療、古代材料的輻射測年和核安全有了新的認識。
據《蘭辛州日報 》報道，FRIB 實驗室主任托馬斯·格拉斯馬赫在剪綵儀式上說：「FRIB 將成為我們國家研究基礎設施的核心部分。 」 「1600多名科學家渴望來到這里，因為我們將成為最好、最強大的超導重離子直線加速器。」
物理學家對 FRIB 感到興奮，因為它可以提供更清晰的可能原子同位素圖景。現在，物理學家對將原子核結合在一起的東西（四種基本力之一稱為強力）有了很好的了解，並且已經製作了大量模型來預測一些未觀察到的原子核可能是什麼樣子。但是原子核很復雜，可以以令人驚訝的方式粘合在一起，使得模型過於簡單化。例如，模型預測的許多原子核可能無法很好地結合在一起而無法存在。
科學家希望回答的其他問題包括當前模型對最穩定同位素的描述如何，以及比鐵和鎳（後兩者是恆星核聚變產生的最重元素）重的元素是如何通過放射性 β 衰變形成的。當原子核吸收中子或其中一個中子變成質子時，就會發生 β 衰變，從而使原子核變得不穩定。
科學家們認為，β衰變形成的元素通常是超新星或中子星碰撞的副產品，但直到現在還無法檢查或研究友純改在這些天體過程中產生了哪些類型的元素以及以何種比例產生的元素. 但是 FRIB 將提供一種最終檢驗這些假設的方法，因為如果它褲族的加速器在將單個同位素撞擊到目標之前加速它們，使科學家能夠模擬發生在恆星和超新星內部的好判碰撞。
為了生產用於研究的同位素，物理學家將選擇一種非常重的元素（例如鈾）的原子，然後剝離它們的電子以將它們轉化為離子。然後他們將把它們發射到一條 1,476 英尺長（450 米）的管道上，管道的速度超過了光速的一半。在管道的末端，離子束將撞擊石墨輪，分裂成更小的中子-質子組合或同位素。
通過一系列可微調的磁鐵引導這些新製造的同位素，物理學家將能夠仔細選擇他們想要將哪種同位素發射到該設施的一個實驗大廳中以進行進一步研究。FRIB 最終將加入另一個原子粉碎機，即目前正在德國達姆施塔特建造的耗資 32.7 億美元的反質子和離子研究設施 (FAIR)。該加速器定於 2027 年完工，旨在製造反物質和物質，並將能夠比 FRIB 將其產生的原子核存儲更長時間。
② 美國將建設史詩級的粒子對撞機，以揭示物質聚合在一起的秘密
1956年，諾貝爾獎得主、美國物理學家羅伯特·霍夫斯塔德（Robert Hofstadter）和他的團隊在斯坦福直線加速器中心（Stanford Linear Accelerator Center）向一小瓶氫發射了高能量電子，從此開啟了物理學的新時代。
在此之前，人們一直認為構成原子核的質子和中子是自然界中最基本的粒子。它們被認為是空間中的「點」，缺乏物理尺寸。現在突然明白了，這些粒子根本就不是基本的，也有大小和復雜的內部結構。
霍夫斯塔德和他的團隊看到的是電子在撞擊氫時「散射」或反彈的微小偏差。 這表明原子核有比他們想像的點狀質子和中子更多的東西。
隨後，在世界各地進行的加速器實驗（將粒子推進到極高能量的機器），預仔此示著我們對物質理解的範式轉變。
然而，關於原子核，其實我們還有很多不了解的地方，包括將原子核維系在一起的四種基本自然力之一的「強力」。
現在，在來自世界各地的1300名科學家的幫助下，美國長島布魯克海文國家實驗室（Brookhaven National Laboratory）將在十年內建造一個全新的加速器，即 電子離子對撞機 ，可以有助於把我們對原子核的理解提升到一個新的水平。
上圖：電子與帶電原子的碰撞如何揭示其核結構。
強大而奇異的力量
在20世紀50年代的發現之後，人們很快就清楚了，誇克和膠子粒子是物質的基本構件。它們是強子的組成部分，強子是質子和其他粒子的統稱。
有時人們會想像，這些粒子就像樂高積木一樣，由一定形狀的誇克組成質子，然後質子和中子耦合在一起形成一個原子核，而原子核則吸引電子來建造一個原子。但是誇克和膠子絕不是靜態的積木。
一種被稱為量子色動力學的理論描述了強作用力如何在誇克之間發揮作用，誇克是由膠子介導的，膠子是力的載體。然而， 它不能幫助我們解析地計算質子的性質。這不是我們的理論家或計算機的過錯 —— 方程式本身就是不可解的。
這就是為什麼質子和其他強子的實驗研究如此關鍵：要了解質子和束縛它的力，必念陪迅須從各個角度研究它。在這方面，加速器就是我們最強大的工具。
然而，當你用對撞機（一種使用兩束光束的加速器）觀察質子時，我們看到的是什麼，取決於我們觀察的深度和對象：有時它表現為三個組成誇克，有時表現為膠子的海洋，或大量誇克及其反粒子對的海洋（反粒子與粒子幾乎相同，但具有相反的電荷或其他量子特性）。
因此，盡管我們在過去60年中對這一最小尺度的物質的理解取得了巨大進步，但仍有許多謎團是當今的工具無法完全解決的。誇克在強子內的約束的本質是什麼？質子的質量是如何從輕了1000倍、幾乎沒有質量的誇克中產生的？
要回答這些問題，我們需要亂昌一種「顯微鏡」， 它可以通過最寬的放大范圍，對質子和原子核的結構進行細致的成像，並構建它們的結構和動力學的3D圖像。 這正是新的對撞機將要做的事情。
新實驗裝置
電子離子對撞機（EIC）將使用一束非常強的電子束作為它的探針，它將有可能切開質子或原子核，並觀察其內部的結構。
它將通過將一束電子與一束質子或離子（帶電原子）碰撞，來觀察電子是如何散射的。 離子束是世界上第一個這樣的離子束。
幾乎無法察覺的效果，例如非常罕見的散射過程，您在十億次碰撞中只能觀察到一次，將變得可見。
通過研究這些過程，科學家將能夠揭示質子和中子的結構，當它們被強力束縛時如何改變，以及如何產生新的強子。 我們還可以發現什麼樣的物質是由純膠子組成的 —— 這是我們從未見過的東西。
上圖：實驗方案。
對撞機可以調節到很寬的能量范圍：這就像轉動顯微鏡上的放大刻度盤一樣，能量越高，人們可以看到的質子或原子核內部越深，並且可以解析的特徵越精細。
作為 EIC 團隊的一部分，世界各地科學家新成立的合作機構也在設計探測器，這些探測器將放置在對撞機的兩個不同碰撞點上。
這項工作的各個方面是由英國團隊領導的，他們剛剛獲得了一筆撥款，負責設計探測器的三個關鍵部件，並開發實現它們所需的技術：用於精確跟蹤帶電粒子的感測器，用於探測散射到束流線附近的電子的感測器，以及用於測量在碰撞中散射的粒子的極化（自旋方向）的探測器。
雖然，可能還需要10年時間才能完全設計和建造完成對撞機，但這絕對是非常值得的。
理解質子的結構，以及通過質子產生宇宙中99%以上可見質量的基本力，是當今物理學中最大的挑戰之一。
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④ 什麼是對撞機，楊振寧為什麼反對建造它
對撞機是高能物理粒子學科科研時為粒子束加速的機器。如果將攔擾粒子比作是一架飛機的話，那麼對撞機也就相當於是飛機的發動機以及飛機場的跑道。
對撞機通過磁電效應，使帶電的粒子束加速到光速並且實現對撞，然後合成新的粒子或者分解成其他的物質，從而達到相關的學術研究。
假如我國用了10年的計劃去打造一個對撞機，沒准5年之後就出現了一個相對高端的粒子加速技術，會將對撞機的造價還有體型縮減一半甚至更多。到時候這個已經建了一半的對撞機就成爛尾工程了。
就算繼續投資金錢和人力將對撞機建好，可能等到建好之時已經簡型旦是一個被科學界淘汰的產品了，只能當成文物保存起來了。
綜合來講，以現在目前國際粒子學研究的現狀來說，我國去主動建設一個對撞機實在是有些太“雞肋”了。建立一個對撞機確實可以得到一些相對高端的研究成果，但我國家沒必要做第一個摸著石頭過河的，也沒有必要去吃這個虧。
楊老前作為高端物理學界的泰斗級人物，自然明白建設一個對撞機的利弊，既然歐洲和美國都不想干這事兒，也沒必要讓我國先去冒這個險。