第167章 完善标准模型的数学定义
第167章完善标准模型的数学定义
当根据理论的指示,无法在实验中找到对应的结果时,考虑理论存在问题,并不奇怪。
尤其是对于物理学的标准模型来说。
标准模型并不标准,这也算是物理学界众所周知的一件事情。
毕竟首先就有一个问题,那就是标准模型并没有把引力给描述进去,因此,假设未来的某一天,物理学家真的能够将相对论和量子力学完美的统一起来,标准模型大概也就需要经过一次大修改,从而将引力给放入框架中。
但是那一天显然还是太遥远,现在的标准模型,还仅仅只能将电磁力、强力和弱力这三大力放在一个模型中进行描述,甚至虽然它们被放在了一个模型中,却并不意味着这三大力就统一了。
到目前为止,仅仅只有电弱两力得到了统一,而强相互作用力,依然存在于模型之中,游离于电弱之外。
像是李牧他们这一次发现的奇特强子,也是为了进一步帮助物理学家们找到强相互作用力的性质特点,从而为把强相互作用力纳入统一的提供帮助。
因此他们的论文才发出去没过多久,就已经引起了很多研究强相互作用力的学者们引用。
“而现在,标准模型告诉我,Zcs(3985)+和中性伴随态应该是同时生成的,但是在实验数据中,完全没有体现出来,就像是有什么东西……”
“在这些实验数据中,将它给隐藏了起来。”
他的脑海中各种各样的想法略过,直到最终,一个名词从他的心底浮现。
非微扰效应。
“在想什么?”
宿舍的门被打开,一道声音传来,实际上也主要是因为李牧没有关上门。
李牧将思维从脑海中的想法中抽离,转头看了过去。
“岳院士。”
“嗯。”
岳琅点了点头,随后坐在了李牧的旁边。
“还在寻找那个中性伴随态的粒子吗?”
李牧点了点头:“是的。”
岳琅笑了笑,感慨着说道:“年轻就是好呀,还有这样的精力和冲劲,就像我当年一样,我大学毕业之后,就在CERN那边工作,跟着丁肇中先生的L3组一起做研究,当时我们也是在寻找各种新粒子。”
“那时候的我也和你一样,充满了干劲,觉得自己肯定能够找到一种新的粒子。”
“而事实上,我们最后也找到了,当然,只不过和我的关系并不太大。”
岳琅摇摇头,大概是在感慨自己当初那天真的想法。
“粒子物理学说麻烦也不麻烦,说简单也不简单,那些还没有被发现的粒子,好像就摆在我们的眼前,在标准模型的指导下,等着我们去找到。”
“但现实总是证明,它们似乎又总是在逗我们。”
“所以,咱们要做的就是,先假装不在意这些粒子,然后某一天突然发难,就能抓住它们漏出来的一个尾巴。”
李牧微微点头,他听得出来岳琅是在劝自己不要太过于强求。
“您说的对。”李牧应道:“不过有时候我们总得要去尝试。”
岳琅笑道:“当然,这样想也有道理。”
“那么,你现在有什么想法了吗?”
李牧沉吟片刻,随后说道:“理论告诉我们,不管是带电荷的奇特强子还是中性的奇特强子,它们都是在粲介子衰变末态过程中共同诞生的。”
“但现在,如果在实验数据中找不到吻合的信号。”
“所以我现在不得不考虑会不会是理论,我们的标准模型出现了问题。”
听到李牧的话语,岳琅陷入了半晌的沉默,大概半分钟后才开口道:“我必须得说,你的这个想法,非常大胆,也非常重要。”
“当实验不能验证理论,我们就必须考虑理论是否不完美。”
岳琅站了起来。
李牧的话语,显然引起了他的重视。
在宿舍中踱着步,岳琅低头沉思。
“尽管到目前为止,几乎所有和电弱强三力相关的粒子对撞实验结果,基本都合乎标准模型,但是我们却也必须得承认,只是几乎。”
“李牧,伱应该也知道,咱们物理学界一直在回避的一个问题,那就是标准模型虽然很准确,但其实这个模型其实甚至并不自洽。”
听到岳琅的话,李牧点了点头。
“这么多年来,我们一直在努力中,却始终得不到对标准模型的非微扰定义,比如说通过格点理论的非微扰定义。”
“目前的标准模型是用一个级数展开,也称之为微扰展开的方式来逼近定义的。”
“如果我们只取级数的前几项,我们就会发现标准模型能够给出和实验结果十分相近的结论,这也是为什么它被称之为非常成功的理论。”
“可是如果我们取级数展开的前几百项,标准模型的结果将跟实验有很大的差距。”
“取级数展开的项越多,标准模型的结果就跟实验的结果差距越大,甚至会趋于无穷大,所以由级数展开来逼近定义的标准模型,在理论上并不是一个自洽的模型。”
说到这里,岳琅的声音顿了顿,他停止了踱步,抬起头看向了李牧。
“也许你的质疑是对的,实验数据无法和标准模型相互照应,很有可能便出现在这个问题上面。”
“但遗憾的是,这个问题并不好解决。”
“物理学界尝试了这么多年,都仍然未能将标准模型的级数展开实现收敛,也许我们只有将它收敛起来,我们才能够找到那个想要的中性伴随态。”
岳琅摇了摇头,微微叹了口气。
这种物理中的未解决问题,就像是数学中的猜想,历时许久,但始终未被解决。
也许只能交给李牧这样的年轻人吧?
至于像他这样的老年人,大概就做不到了。
毕竟众所周知,一名科学家最突出的成就往往诞生于其青年时期,而老年后,基本上所能做的也就是对这过去的成就进行修修补补了。
最后,岳琅拍了拍李牧的肩膀,又笑道:“当然你也不用太过着急,现在的这些实验数据,发现不了中性伴随态的存在,以后还是可以的,现在也就仅仅十来万组数据罢了,年底的时候,正负电子对撞机将再次启动,下一次我们将会优化对撞参数,就不会像是这一次只找到了127个。”
“样本量越大,就越有机会发现。”
“所以不用着急。”
“当然,如果你想要用自己的数学能力去弥补标准模型的不自洽问题的话,我也表示支持。”
“这也是你这样的数学天才应该做的。”
“加油吧,少年。”
随后,岳琅不再多说,转身离开了宿舍。
而李牧则陷入了思考之中。
标准模型的微扰展开吗……
他提起笔,在纸上写下了标准模型级数展开式。
而后,数学中关于微扰理论的知识也进入了他的脑海中。
“物理学界对标准模型级数展开式,希望当n趋于无穷大的时候,Fn(g)也能够趋近于我们想要的积分值,但目前来说,N趋近于无穷大时,Fn(g)只会发散,不会收敛。”
“这只能是因为缺少了一个或者是几个限制性的条件。”
“但是这个限制性的条件会是什么呢……”
李牧的目光忽然一定。
接着,他凭借自己的数学直觉,给每一级数项,添加上了一个限制条件。
这是一个看起来十分麻烦的式子,但是在李牧的眼中,这个式子充满了数学美。
但最关键的是——“好像……找到了?”
他有些发怔。
因为,这原本整个发散的级数展开式,在这个新式子的加入下,忽然就实现了收敛。
“难道这个问题就这么解决了?”
就像是一种神奇的直觉,指导着李牧将发现了这个式子。
他皱眉思考了片刻,一时间也感到难以相信。
困扰了物理学界几十年的问题,自己就凭借着对原标准模型级数展开的发散性,直接找到了控制其发散的条件?
只不过随后,当他又仔细研究了一遍之后,他就发现了不足之处。
“这个式子还缺乏对弱相互作用力的协调。”
“这,应该就是问题所在……”
只不过虽然发现了问题,李牧的脸上却露出了笑容。
因为这偶然间的数学直觉,虽然并没有直接指向答案,却让他找到了解决整个问题的钥匙所在。
也许,给标准模型一个非微扰的完整数学定义,将要在他的手中实现了。
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当根据理论的指示,无法在实验中找到对应的结果时,考虑理论存在问题,并不奇怪。
尤其是对于物理学的标准模型来说。
标准模型并不标准,这也算是物理学界众所周知的一件事情。
毕竟首先就有一个问题,那就是标准模型并没有把引力给描述进去,因此,假设未来的某一天,物理学家真的能够将相对论和量子力学完美的统一起来,标准模型大概也就需要经过一次大修改,从而将引力给放入框架中。
但是那一天显然还是太遥远,现在的标准模型,还仅仅只能将电磁力、强力和弱力这三大力放在一个模型中进行描述,甚至虽然它们被放在了一个模型中,却并不意味着这三大力就统一了。
到目前为止,仅仅只有电弱两力得到了统一,而强相互作用力,依然存在于模型之中,游离于电弱之外。
像是李牧他们这一次发现的奇特强子,也是为了进一步帮助物理学家们找到强相互作用力的性质特点,从而为把强相互作用力纳入统一的提供帮助。
因此他们的论文才发出去没过多久,就已经引起了很多研究强相互作用力的学者们引用。
“而现在,标准模型告诉我,Zcs(3985)+和中性伴随态应该是同时生成的,但是在实验数据中,完全没有体现出来,就像是有什么东西……”
“在这些实验数据中,将它给隐藏了起来。”
他的脑海中各种各样的想法略过,直到最终,一个名词从他的心底浮现。
非微扰效应。
“在想什么?”
宿舍的门被打开,一道声音传来,实际上也主要是因为李牧没有关上门。
李牧将思维从脑海中的想法中抽离,转头看了过去。
“岳院士。”
“嗯。”
岳琅点了点头,随后坐在了李牧的旁边。
“还在寻找那个中性伴随态的粒子吗?”
李牧点了点头:“是的。”
岳琅笑了笑,感慨着说道:“年轻就是好呀,还有这样的精力和冲劲,就像我当年一样,我大学毕业之后,就在CERN那边工作,跟着丁肇中先生的L3组一起做研究,当时我们也是在寻找各种新粒子。”
“那时候的我也和你一样,充满了干劲,觉得自己肯定能够找到一种新的粒子。”
“而事实上,我们最后也找到了,当然,只不过和我的关系并不太大。”
岳琅摇摇头,大概是在感慨自己当初那天真的想法。
“粒子物理学说麻烦也不麻烦,说简单也不简单,那些还没有被发现的粒子,好像就摆在我们的眼前,在标准模型的指导下,等着我们去找到。”
“但现实总是证明,它们似乎又总是在逗我们。”
“所以,咱们要做的就是,先假装不在意这些粒子,然后某一天突然发难,就能抓住它们漏出来的一个尾巴。”
李牧微微点头,他听得出来岳琅是在劝自己不要太过于强求。
“您说的对。”李牧应道:“不过有时候我们总得要去尝试。”
岳琅笑道:“当然,这样想也有道理。”
“那么,你现在有什么想法了吗?”
李牧沉吟片刻,随后说道:“理论告诉我们,不管是带电荷的奇特强子还是中性的奇特强子,它们都是在粲介子衰变末态过程中共同诞生的。”
“但现在,如果在实验数据中找不到吻合的信号。”
“所以我现在不得不考虑会不会是理论,我们的标准模型出现了问题。”
听到李牧的话语,岳琅陷入了半晌的沉默,大概半分钟后才开口道:“我必须得说,你的这个想法,非常大胆,也非常重要。”
“当实验不能验证理论,我们就必须考虑理论是否不完美。”
岳琅站了起来。
李牧的话语,显然引起了他的重视。
在宿舍中踱着步,岳琅低头沉思。
“尽管到目前为止,几乎所有和电弱强三力相关的粒子对撞实验结果,基本都合乎标准模型,但是我们却也必须得承认,只是几乎。”
“李牧,伱应该也知道,咱们物理学界一直在回避的一个问题,那就是标准模型虽然很准确,但其实这个模型其实甚至并不自洽。”
听到岳琅的话,李牧点了点头。
“这么多年来,我们一直在努力中,却始终得不到对标准模型的非微扰定义,比如说通过格点理论的非微扰定义。”
“目前的标准模型是用一个级数展开,也称之为微扰展开的方式来逼近定义的。”
“如果我们只取级数的前几项,我们就会发现标准模型能够给出和实验结果十分相近的结论,这也是为什么它被称之为非常成功的理论。”
“可是如果我们取级数展开的前几百项,标准模型的结果将跟实验有很大的差距。”
“取级数展开的项越多,标准模型的结果就跟实验的结果差距越大,甚至会趋于无穷大,所以由级数展开来逼近定义的标准模型,在理论上并不是一个自洽的模型。”
说到这里,岳琅的声音顿了顿,他停止了踱步,抬起头看向了李牧。
“也许你的质疑是对的,实验数据无法和标准模型相互照应,很有可能便出现在这个问题上面。”
“但遗憾的是,这个问题并不好解决。”
“物理学界尝试了这么多年,都仍然未能将标准模型的级数展开实现收敛,也许我们只有将它收敛起来,我们才能够找到那个想要的中性伴随态。”
岳琅摇了摇头,微微叹了口气。
这种物理中的未解决问题,就像是数学中的猜想,历时许久,但始终未被解决。
也许只能交给李牧这样的年轻人吧?
至于像他这样的老年人,大概就做不到了。
毕竟众所周知,一名科学家最突出的成就往往诞生于其青年时期,而老年后,基本上所能做的也就是对这过去的成就进行修修补补了。
最后,岳琅拍了拍李牧的肩膀,又笑道:“当然你也不用太过着急,现在的这些实验数据,发现不了中性伴随态的存在,以后还是可以的,现在也就仅仅十来万组数据罢了,年底的时候,正负电子对撞机将再次启动,下一次我们将会优化对撞参数,就不会像是这一次只找到了127个。”
“样本量越大,就越有机会发现。”
“所以不用着急。”
“当然,如果你想要用自己的数学能力去弥补标准模型的不自洽问题的话,我也表示支持。”
“这也是你这样的数学天才应该做的。”
“加油吧,少年。”
随后,岳琅不再多说,转身离开了宿舍。
而李牧则陷入了思考之中。
标准模型的微扰展开吗……
他提起笔,在纸上写下了标准模型级数展开式。
而后,数学中关于微扰理论的知识也进入了他的脑海中。
“物理学界对标准模型级数展开式,希望当n趋于无穷大的时候,Fn(g)也能够趋近于我们想要的积分值,但目前来说,N趋近于无穷大时,Fn(g)只会发散,不会收敛。”
“这只能是因为缺少了一个或者是几个限制性的条件。”
“但是这个限制性的条件会是什么呢……”
李牧的目光忽然一定。
接着,他凭借自己的数学直觉,给每一级数项,添加上了一个限制条件。
这是一个看起来十分麻烦的式子,但是在李牧的眼中,这个式子充满了数学美。
但最关键的是——“好像……找到了?”
他有些发怔。
因为,这原本整个发散的级数展开式,在这个新式子的加入下,忽然就实现了收敛。
“难道这个问题就这么解决了?”
就像是一种神奇的直觉,指导着李牧将发现了这个式子。
他皱眉思考了片刻,一时间也感到难以相信。
困扰了物理学界几十年的问题,自己就凭借着对原标准模型级数展开的发散性,直接找到了控制其发散的条件?
只不过随后,当他又仔细研究了一遍之后,他就发现了不足之处。
“这个式子还缺乏对弱相互作用力的协调。”
“这,应该就是问题所在……”
只不过虽然发现了问题,李牧的脸上却露出了笑容。
因为这偶然间的数学直觉,虽然并没有直接指向答案,却让他找到了解决整个问题的钥匙所在。
也许,给标准模型一个非微扰的完整数学定义,将要在他的手中实现了。
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