玻色子到大腳怪:2016年可能獲解的6大科學之謎

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從生命的起源到宇宙命運的許多事,有很多科學家也完全不明白。不過,他們正向前邁進當中,2015年對於科學界來說是很棒的一年,我們看到氣候協議草案、矮行星照片以及火星上有水流動的證據。

所以2016年將會發生甚麼,是否有任何主要的科學之謎得以破解?我們詢問了3位專家做了以下推測。

1.有甚麼是超越物理學「標準模型」之外的東西呢?

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2012年大型強子對撞機(The Large Hadron Collider;LHC)以希格斯玻色子(Higgs boson)的發現在名單上獲得一個功勳標記,2015年大型強子對撞機在經過幾年的更新之後,再度進行第二回合啟動,此次幾乎採用先前的兩倍能量進行質子碰撞,而就在這個月,第一個實驗揭示了一個新的粒子的線索暗示。

這有可能是「超對稱(super symmetry)」所顯現的特徵,而超對稱理論提出的論述是,每一個在標準模型(目前我們在次原子世界中最好的理論)中的粒子都有一個強勁的超級夥伴。而超對稱之所以重要在於它可以解釋很多物理學中的基本謎題,例如,甚麼是暗物質,或者為何根據物理定律,可以解釋我們周圍的世界是如何誕生。然而這個新發現的粒子可能也是一個隱藏在許多面相當中的一個特徵,可能是第二個希格斯玻色子或者只是一個錯誤警示(在我們太興奮之前)。2016年我們相信會盼到更多資訊做進一步的了解。

2.我們可以創造更多元素嗎?

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自1930年代起,科學家們透過粒子碰撞創造新的原子,藉以創造出許多人造元素。我們現在知道有關週期表上24個人工合成元素,還有尚未命名的118號元素。結合最近綜合而成的117號元素和官方確認的四個最新發現的元素,現在已經將原先我們熟知的週期表上剩下的空格填滿了。

儘管有過去曾發現122號元素但被認為是個錯誤的事件發生,科學家們現在仍持續嘗試將週期表擴張,希望能夠創造120個元素於其上。近來最大的進展是運用豐中子同位素鈣48(neutron-rich isotope Calcium-48)做為「核心子彈」,發射進入其他大量的原子核中,藉以創造新元素。此測試的成敗雖然仍需仰賴較佳的核心推進器之效能表現,但更進一步成功的關鍵可能涉及到以更大量的原子當作子彈,甚或以更大量的靶原子進行撞擊。 希望有一群更大量的新元素可以存在「穩定島(island of stability)」當中,而不是像多數的人工合成元素一樣很快就衰退不見了。

3.「暗物質」是甚麼?

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暗物質是一神祕物質,似乎廣泛存在於宇宙中的每一個地方,而且是組成恆星、行星和我們的一般物質之五倍之多。即使如此,直到現在我們僅有間接證明,透過對地心引力的天文觀測,得知暗物質存在於恆星和星系中。因此在我們能夠直接測量到暗物質以前,我們無法確認它是甚麼,也不知道它是如何符合粒子物理學的標準模型。

一些有如大型地下氙實驗(Large Underground Xenon experiment;LUX) 的專門研究對於暗物質有了更進一步的精確了解,他們正嘗試直接偵測暗物質的候選人,即「大質量弱交互作用粒子(weakly interacting massive particle)」與地球上一般物質的交互作用。因此可能在2016年,我們終於可以在實驗室中看到這個神祕物質。

4.火星(或其他行星)上有生命跡象嗎?

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地球上不管在哪,我們都可以找到水,不管是在沙漠中央或是位於海洋深處的深海熱泉,我們可以找到生命跡象。因此據此推論,在其他行星上有水,意味著那裡也可能有生命現象。近來對於火星的調查,展現出我們對火星的了解,有著引人注目的發展,也就是發現火星上有水,甚至最近的發現指出,上面有流動的鹹水。

伴隨持續進行的火星研究,2016年Juno probe將研究調查木星上有多少水存在。而另一個我們可能找到生命跡象的最大賭注是在土衛星(Enceladus;土星的衛星),因為在土衛星上發現有結滿冰的碎片,且近來發現有噴泉噴出水蒸氣,使得它成為太陽系(地球之外)中最有可能富有生命現在的地方。

5.重力波存在嗎?

Chandra data (above, graph) on J0806 show that its X-rays vary with a period of 321.5 seconds, or slightly more than five minutes.  This implies that the X-ray source is a binary star system where two white dwarf stars are orbiting each other (above, illustration) only 50,000 miles apart, making it one of the smallest known binary orbits in the Galaxy.  According to Einstein's General Theory of Relativity, such a system should produce gravitational waves - ripples in space-time - that carry energy away from the system and cause the stars to move closer together.  X-ray and optical observations indicate that the orbital period of this system is decreasing by 1.2 milliseconds every year, which means that the stars are moving closer at a rate of 2 feet per year.

就如馬克士威方程組(Maxwell’s equations)對於電力和磁力的預測,電磁波就如光一樣存在,而在愛因斯坦廣義相對論中的理論中也預測了重力波(gravitational wave),它有如漣漪般組織結構於時空中。然而即使如此,在2015年慶祝愛因斯坦相對論屆滿百年紀念的同時,我們仍然不曾發現重力波的存在。主要在於它們非常的微細,雷射干涉重力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory;LIGO)以使用了超過四公里長的設備,尋找這些在引起轉變時都要比質子(與中子一起組成原子核)還小一萬倍的波動。

就像大型強子對撞機一樣,雷射干涉重力波天文台偵測器在經過重大更新之後,於2015年重新啟動,因此在啟動的一周內,對於重力波的發現有如謠言漫天飛,但至今LIGO並沒有發表任何官方聲明,但也許邁進2016年的同時,我們有可能再度證明愛因斯坦的理論是對的。

6.大腳怪(Bigfoot)是真的嗎?

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進步的科技意味著,現在要更小心謹慎地找出傳言中或者從未被發現的動物是有可能的。小型的攝影機如追蹤攝影或攝影「捕捉器」,這些可以在紅外線光束受到破壞時遙控開啟,並且長時間定點安裝在人煙罕至的地方。它們大幅的被用來做野生調查研究,藉以監看稀有或令人難以捉摸的動物,就像之前62年來首度在中國發現的遠東豹(Amur leopard  Panthera pardus orientalis)一樣。

無人飛行載具(Unmanned Aerial Vehicle;UAVs)或「無人駕駛飛機(drones)」目前也在野生調查研究中被廣泛使用,藉以在高空中調查那些難以接近的區域。例,一份加拿大的調查就發現,熊現在也善用每一個食物來源,如鵝和鵝蛋,而此可能是由於北極氣候改變所導致的結果。這些無人飛行載具可以飛行在可能是大腳怪(或任何要偵測的動物)棲息地的上方,並有希望可以在攝影機中捕捉到甚麼。

關於作者

Gavin Hesketh簡歷:英國皇家學會大學研究員(Royal Society University Research Fellow)、皇家粒子物理學講師(Lecturer in Particle Physics;UCL)、諾丁漢特倫特大學(Nottingham Trent University)行為生態學高級講師

Simon Cotton簡歷: 伯明翰大學(University of Birmingham)化學高級講師

來源: Iflscience

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