她肩上的宇宙——执掌世界上最大型实验的女性

by Shea on 3月 7, 2009

Anil Ananthaswamy 文 Shea 编译

从2009年3月起法比奥拉·吉亚诺蒂(Fabiola Gianotti)成为了欧洲核子中心(CERN)大型强子对撞机(LHC)超环面仪器(ATLAS,希腊神话中的擎天神)实验的主管。做为同类型最大的实验,ATLAS将为我们解答宇宙的神秘。


[图片说明]:法比奥拉·吉亚诺蒂。版权:CERN。

问:做为第一个主管LHC粒子物理实验的女性,你有什么感想?

答:CERN是一个非常多元化的地方。这里有来自全世界不同地方的人,年轻的学生也可以和世界著名的科学家以及诺贝尔奖得主一起工作。因此国籍、年龄以及性别不会让你有别于其他人。我并不觉得一个女人领导大型科学项目会有什么特殊。另一方面,做为一个已经在类似ATLAS这样大型的实验中开始崭露头脚的女科学家,我也希望能以此来鼓励更多愿意投身科学的年轻女性。

问:为什么你会选择成为一名粒子物理学家?

答:这说来话长。当我还是一个小女孩的时候,我喜欢艺术和音乐。我当时在音乐学校非常认真地学习了钢琴,并且在高中学习了向语言文学方面发展的课程,例如古希腊语和拉丁语以及哲学和艺术史。我喜欢这些东西,但是我也充满了好奇心。有一些大问题一直让我着迷。为什么事物会是这个样子?回答这些基本问题一直吸引着我的思想、灵魂和一切。

因此,当我不得不选择我这一生究竟想要什么的时候,我想物理学应该比哲学能以更坚实的方式来回答这些大问题。现在看来我当时的选择是对的,为此我很高兴。

问:能不能为我们感性地介绍一下ATLAS?

答:整个ATLAS团队包括了来自5大洲、37个国家、169个研究机构的差不多3000名物理学家。而ATLAS则是目前粒子对撞机上最大的探测器仪器。当你参观它所在的地下洞穴时,立刻就能体会到相当于5层楼房那么高的它有多大。这样的大小同时也伴随着巨大的复杂性。在每次质子-质子碰撞中,为了重建由此产生的数百个粒子,我们必须记录下1亿个不同的电子信号。而在这其中,每个粒子的轨迹都必须在微米的精度上被还原出来。这一尺度、复杂性和精度的骇人组合是对现有技术的巨大挑战。ATLAS以及LHC的其他探测器绝对是史无前例的实验装置。


[图片说明]:工作现场的法比奥拉·吉亚诺蒂。版权:Michael Struik/New Scientist。

问:ATLAS的主要目标是什么?

答:ATLAS会过滤由甚高能质子-质子碰撞所产生的粒子。我们即将开始一趟奇妙的科学之旅。我们相信,在这样的高能量下超越标准模型的新物理学会显现出来。由此我们预期会找到一些对基本问题和谜题的解答,而这其中有许多已经困扰了我们几十年。例如,质量的起源。这个问题的解答和希格斯玻色子有关。另外,除了我们已知的四种力以外,自然界是否还存在其他的力?时空还有没有其他的维度?组成宇宙暗物质的又是什么?

问:那你个人最想看到的ATLAS的第一个发现是什么?

答:暗物质。如果我们发现的粒子可以解释占宇宙中20%的暗物质,那我会非常非常的高兴。像LHC这样的加速器使得我们有机会可以研究物质的最基本组成,这将告诉我们宇宙的结构和演化,尤其是无穷小和无穷大之间的联系。

问:你有没有想过如果LHC没有发现新物理学会怎么样?

答:问得好,不过这很难回答。根据我们近几十年来从实验和理论工作中所获得的知识,在LHC所能达到的能量范围下必定应该存在新的物理学。也许那就是希格斯玻色子,或者是一种可以起到相同作用的新机制,当然我们希望能得到更多。我们知道标准模型并不是一个完整的基本粒子理论,因为它并不能回答所有的问题。而我们也预期在LHC所能达到的能标下标准模型会开始失效,因此一定会有新的物理学出现。它们不一定会是我们原先预想的样子,但一定会有答案。大自然会给我们送上惊喜,这是最令人激动的事情之一。毕竟,研究就是一个寻找未知的过程。

问:在ATLAS工作感觉怎么样?

答:建造LHC和ATLAS这样的实验装置是一项前所未有的科学、技术和人的冒险。我在CERN的科学生涯之所以特殊也体现在这三方面。第一是激动人心的科学目标。然后为了回答这些问题,我们研发从电子到低温等各个领域的尖端技术来制造实验仪器,而这些技术最终还会回馈社会。第三,这些项目是在国际合作的环境下开展的。来自不同国家的物理学家、工程师和技术人员,他们为了共同的科学目标打破政治壁垒走到了一起。在我们的项目中,甚至还有来自历史上既不友好的国家的成员。


[图片说明]:法比奥拉·吉亚诺蒂。版权:Valerio Mezzanotti/The New York Times。

问:由于LHC的推迟,CERN的气氛怎么样?

答:去年9月10日LHC的启动是一个巨大的胜利,大家都异常兴奋。之后9月19日发生的事故无疑是一盆冷水。当然大家会沮丧,尤其是年轻人,他们在一开始的头几天当LHC开始加速粒子的时候都非常的高兴和兴奋。从另一方面来讲,这也说明LHC是一个技术上非常困难的项目。从大约20年前开始至今,这样的“挫折”应该是意料之中的。我们一路走来,必将获得成功。只是这需要我们多一点耐心。

问:LHC和ATLAS可能会揭示出宇宙如何运转的更深层内涵。你对此有什么感觉?

答:感觉当然很激动,感觉临近了人类历史上非常重要而伟大的一刻。基础研究是人类的责任和需要。13世纪意大利诗人但丁说过,我们生来不是为了像动物那样活着,而是为了追求美德和真理。作为人类,对基础研究和知识的探求是我们的一种需要,它使得我们有别于其他的动物和植物。对艺术的需要也是如此。研究带来知识,知识带来进步,始终如此。

如果我们通过LHC发现了一些基本的东西,这就会使得我们向宇宙的心脏再迈进一步。当你越来越靠近基本的东西,越来越靠近宇宙从哪儿来又要去往何方的基本问题,你的感觉就会越来越特别。

小档案

法比奥拉·吉亚诺蒂在意大利米兰大学获得实验亚核物理博士学位。1987年加入CERN,参与了大型正负电子对撞机(LHC的前任)的UA2和ALEPH等实验。她还是美国费米实验室物理顾问委员会的成员。除了粒子物理学之外,她还是一个训练有素的钢琴演奏家,拥有米兰音乐学院的专业音乐学位。

[New Scientist 2009年2月28日]

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