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日前，咱们邀请到了《三体》电视剧高能物理标的的科学参谋人作客直播间，分散有中国科学院大学证明吕晓睿、吴佳俊和副证明刘倩，以及中国科学院大学2022级表面物理专科博士生曾振民（培养单元：中科院表面物理所），为咱们一同解读电视剧中的天地学学问。
直播间现场：从左至右分散是专揽东说念主樊祯，嘉宾曾振民、刘倩、吕晓睿、吴佳俊
1.嘉宾们对《三体》演义有什么看法？
吴佳俊：《三体》三部曲有两个方面蛮打动我，一个是科技方面，一个是东说念主文方面。科技方面，即是里面有相配硬的科学，比如智子，它的名字跟氢原子核的“质子”是谐音的。我本人是作念表面的，咱们也一直齐在研究质子。如果咱们能把质子里面研究了了，是不是也能够把智子真实地给它作念出来？这个是《三体》演义相配让我非分之想的点。还有东说念主文方面，演义里东说念主类在濒临大苦难的时候，多样东说念主物的抉择相配劝诱我，比如说常将军和大史，还有汪淼和丁仪，这对咱们濒临贫窭和鬈曲有相配积极的指点道理。
吕晓睿：我嗅觉《三体》的禀报是很庞大的，大刘对科技发展和科学前沿是有一定清醒的，比如飞刃、天际电梯、曲率加快，包括刚刚吴本分说的智子。大刘本职是电力方面的工程师，但能将科学前沿见地纯真利用在作品里，可见他是一个科学深爱者。
刘倩：我一出手看《三体》的时候，莫得一下子把它看完。因为一出手杨冬对实验失败弘扬得极点，以及丁仪用打台球商酌对撞实验，我对这些物理太熟悉了，是以我并莫得特殊深的代入感。一直读到VR游戏的场合，出现了周文王带着姬昌去找纣王，我十足没清醒到底要干什么，于是把书放下了。直到其后粗略是我在火车上看手机的时候，又看到了电子书，我就说接着看吧。收尾越往后看，越认为很好玩。比如后头的东说念主列计较机。是以我认为《三体》一出手并不一定那么地持你眼球，然而越往后看就越认为很有兴趣。
电视剧中东说念主列计较机的总线部件
曾振民：我其时看《三体》是在我高一的时候，阿谁时候咱们班有一个互换史籍的活动，我就把我其时最心爱的《期间简史》放到班上的书厨里面，然后从书厨里面拿了《三体》三部曲。然后一看不得了，周末两天的期间就把那三本书全部齐看完结，周一的时候蓦然想起来功课好像没写。这本书其时为什么劝诱我呢？因为我在高中的时候，特殊心爱看科普记录片，比如《与摩根弗利曼一齐穿越虫洞》这一类的。我在看这些记录片的时候发现，《三体》的科幻设定齐是有科学依据的，我想如果咱们昔时的寰宇是这个神气的话，那也太酷了。其实这跟我学表面物理亦然有一定的关系的。
2.其时是若何被剧组权衡上作念科学参谋人的？
刘倩：先是鲍麟证明权衡我。他是中国科学院大学工学系一七级班主任，我是物理系一七级班主任，他先知说念电视剧的音书，然后打电话问我感不感意思。再是鲍鳞的同学王安证明，他负责给剧组组建一个参谋人军队，我就邀请了吴佳俊和吕晓睿本分一齐加入。军队里还有其他标的的本分，包括表面所的郭奉坤和何颂本分、作念弦论的孙雅文本分、上海技艺物理所的沈宏本分、国度天文台的张配置博士（国科大毕业生）等等。
《三体》电视剧片尾的科学参谋人名单
2020年4月，郄国伟导演给咱们打电话，说他给咱们整理了七说念粒子物理标的的题。一拿到题目咱们立马就组织起来商酌了。不外咱们并莫得许多去现场作念视觉指点的契机，仅仅在脚本的基础上襄助作念些合理化的科学设定。
偷拍porn3.《三体》电视剧去了本分们责任的BEPC（北京正负电子对撞机）取景，不错向咱们先容下BEPC吗？
BEPC俯瞰图
吕晓睿：BEPC在长安街玉泉路地铁站边上，中国科学院高能物理研究所里边。直线加快器把正电子和负电子，分散加快到一个很高的能量，速率接近光速，然后分散送到红色箭头标记的环，它们在这个环里会被精密的磁铁系统敛迹成一个相配圆善的环形。终末到了图里画着星星的场合，发生正负电子对撞，销毁成能量，而能量会改变为新的物资，进而被北京谱仪探伤器所探伤。
粒子加快后取得了能量，也就能产生更重的物资，这个历程就不错模拟天地早期高温高密的奇点大爆炸的蓦然所发生的彼此作用。能量越高，能看到的这个微不雅模范就越小，咱们就能对这一历程清醒得更深远。
4.杨冬在查验什么部件？
刘倩：杨冬在的是直线加快的场合，咱们每每把它比方成拍子的拍柄部位。通过这一系列蓝色的加快安装，电子能被加快到150MeV傍边，然后去轰击钨靶，产生正电子，在把生成的正电子注入储存环。BEPC一出手唯唯一条储存环，其后升级成了两条，也即是底下这张图所拍的。正电子注满其中一个环后，再将负电子注入另一个环，并让它们在北京谱仪对撞。
直线加快器和储存环
在直线加快器里，正负电子能被加快到2~5GeV，十分接近光速。这和三体东说念主朝地球放射智子很像。并且不要小看东说念主类，以咱们目下的科技，也能把质子加快到接近光速。另外，高速领略的带电粒子偏转时，会辐射出光子，这被称为同步辐射或者韧致辐射。是以正负电子在储存环里转的时候会不休地损耗能量，需要另外补充能量才能保管。
樊祯：说到同步辐射，大众不错珍爱一下，一些大科学安装会用到同步辐射光，这种高强度的衔接谱光源在各鸿沟齐有迫切作用。
5.先容完结直线加快器，能弗成再先容一下北京谱仪（BESⅢ）？
刘倩：先容之前我先说一个乌龙，你不错看到电视剧展示的探伤器其实不像北京谱仪。我也曾提议剧组去看电影《天神与恶魔》，里面有一段很漂亮的CG动画，形容了质子加快以后，是若何制作成反物资炸弹的。这个电影崇敬参考了欧洲核子中心的CMS（紧凑缪子线圈），这可能也解释了为什么终末电视剧组作念的良湘加快基地的探伤器反而不像北京谱仪。
《三体》电视剧剧照和北京谱仪
右下角是咱们的北京谱仪，它是一个正八边形的结构，从里到外布满了多样种种的探伤器。最靠里的，是但愿能在探伤粒子信号的同期不亏空太多能量，越往外，探伤器的密度就会越来越大，比如用晶体量能器之类的，来使粒子的能量尽量全部千里积，然后测出粒子捎带的能量。
通盘外面包着的，是一个大的一个超导磁铁，它会提供一个特斯拉的磁场。产生的次级末态粒子，在磁场里领略会发生偏转，从偏转的曲率半径咱们就能判断出它的动量，然后通过量能器测得的能量，我就能知说念末态粒子分散是什么东西了。
6.杨冬是若何看出实验数据特地的？
《三体》电视剧剧照
刘倩：上图中杨冬看到的实验数据是咱们设计的。这里有个小故事，电视剧设定的是2007年，但2006年北京谱仪Ⅱ住手运行了，2007年的时候正在作念加快鼎新，升级后的北京谱仪Ⅲ直到2009年才出手参加对撞实验。那时候我随机读博士，是以我也参与了其中的一些鼎新责任。
电视剧终末用的是北京谱仪Ⅲ的不雅测收尾图。高能所公开日的时候，大众是不错去参不雅这个安装的。但这个图其实是有问题的，关于咱们比拟熟的研究员来说，一眼就能看出来这个事例有问题。
刘倩提供的不雅测收尾图
那里有问题呢？这里正负电子对撞，它终末产生的末态也一定是有对称性的，比如说它会产生e+e-，或者μ+μ-，或者τ+τ-，总之一个带正电荷，一个带负电荷。比如上图的一双径迹，一个朝左弯，一个朝右弯，证据它们带的是异种电荷。但有一个问题，左上边的径迹到边上就停驻了，右下边的径迹平直穿出去了。有这样强的穿透力的一定是缪子。而穿不外去阿谁粗略率是一个电子，这是一个电子和缪子的一正一负，e+μ-或者e-μ+的事例，而这个事例在程序模子里面是不会那么容易发生的。
曾振民：轻子味零乱了。
吕晓睿：是的，程序模子是咱们将亚原子物理的统共司法回首起来的一套体系，它里头有构成物资结构的费米子（分为夸克和轻子），以及传递彼此作用的玻色子。但零乱轻子味的表象并不在程序模子的表面框架中，关联词实验上如故看到了轻子味零乱的中微子飘舞表象，是以咱们目下对寰宇的清醒还不够，需要对程序模子进行鼎新。
樊祯：是以科学参谋人们其实很经心，为了贴合剧情节拍专门设计了能一眼看出问题的反常事例。其后杨冬把实验数据传给了曼费证明，能弗成再具体解释下这组数据？
7.嘉宾们是若何为杨冬的导师曼费证明设计出令他崩溃的数据？
《三体》电视剧剧照
刘倩：这个图横轴是e和μ的不变质地谱，暗意e和μ是从质地为若干的质心系中衰变出来的，你不错看到它的峰值在3.1GeV傍边，3.1GeV即是咱们丁肇中先生发现的J/ψ粒子的质地，即是粲夸克偶素ccbar。右边这一系列是咱们编的一个实验数据，暗意到底有若干个J/ψ，和有若干个J/ψ衰变到了eμ，然后算它的分支比是若干。这个场合的5.9%其实是J/ψ→e+e-或μ+μ-的分支比，咱们就专诚写了5.9%，是以每个数亦然有一个来历的。
J/ψ粒子真实的衰变说念
吕晓睿：我再来讲讲轻子。轻子有六种，在图等分为三列，或者说三代，其中第一排是三个不带电的中微子。实验上发现不同代的中微子之间是有中微子飘舞的，比如说咱们中国的大亚湾实验就发现了第三种的中微子飘舞，得到了外洋上相配热烈的关注。
三代轻子和J/ψ的轻子味破缺衰变说念
中微子之间的飘舞如故在实验上被明确了，跟它们对应的第二行带电轻子，也即是电子e缪子μ陶子τ，它们之间有莫得访佛飘舞的某种退换呢？这是物理学家相配珍爱的问题，咱们为电视剧设计了J/ψ→eμ这个说念，它如果存在的话，就意味着带电的轻子之间是有某种轻子滋味变化的退换的。并且从咱们刚刚讲的5.9%的分支比上看，这个飘舞的概率极大，如故远远卓越咱们刻下粒子物理模子对中微子飘舞以及超对称模子表面的清醒了，是以剧情里边的科学家看到收尾后齐相配讶异。
右边的费曼图是可能的表面解释，上头是ccbar中间通过交换一个超对称传播子，造成了右边的两个不同滋味的轻子。底下是两个是同味的夸克通过另外一个传播子造成不同滋味的轻子。这些在目下的表面里是可能允许的，然而这个比率相配小，远比咱们设计的小。
高能所的联系进展
恰好在电视剧热播的时候，咱们北京谱仪Ⅲ出了一个遵循，咱们发现这个衰变的概率小于4.2×10-9，即是说如果咱们有10亿个J/ψ，可能最多看见一个这种衰变，而不会像电视剧里弘扬的那样多。
8.曼费证明还收到了一组数据，能弗成解释一下这些锯齿状的东西是什么？
《三体》电视剧剧照
刘倩：这个图是我其时请侯颖锐博士一齐作念的，是从BEPCⅡ的及时运功绩态截取了其中的一部分。这个图里有两根线，很很 射一根比拟靠前，一根比拟靠后。靠前的阿谁锯齿，即是刚才提到的正电子的电流。咱们一出手先把正电子注入到储存环里面，然后让它达到咱们设定的电流值，比如说底下的及时运行图里它在900毫安傍边。然后咱们把钨靶去掉，注入电子，把电子也注入到900毫安傍边，再出手让它们对撞。北京谱仪Ⅲ其时粗略是八个纳秒撞一次，虽然咱们当今升级了以后，造成六个纳秒撞一次，总之一秒钟撞1000多万次。
BEPCⅡ运行转态图
它在撞的时候并不是一个一个粒子地撞，而是用一个个球状束团，一个球里面包含了1010个电子。束团有个一个厘米傍边的长尾巴，它很扁，这两个扁平的冲击波就在探伤器中对撞。但这样撞其实很难撞到一齐，因为电子真实太小了，咱们目下致使不知说念电子半径到底是多大。咱们的BEPC一秒钟产生的1000多万对正负电子，唯独3000次傍边能够撞到，是以大众不错设想要把它撞上去如故逼迫易的。
对撞的束团|图源：德国电子同步加快器
9.剧中丁仪算的费曼图是什么兴趣？
《三体》电视剧剧照
吴佳俊：这个费曼图的手稿是我设计的。刚才说到，杨冬的实验证据J/ψ→eμ的响应有很大的产率，是以丁仪就去念念考为什么会有这样大的产率，这三个费曼图即是可能的三种解释。这里值得说一下，费曼是很伟大的物理学家，他设计了一套细腻的图示匡助咱们清醒彼此作用的物理图像，同期还极地面简化了计较历程，电视剧里曼费证明的名字其实就取自于费曼。
吴佳俊的手稿
第一个费曼图特殊于J/ψ造成构成它的两个夸克ccbar，然后粲夸克和反粲夸克销毁，由于某种机制会产生e-μ+。第二个费曼图是正反粲夸克销毁以后产生虚光子，然后虚光子产生了e-μ+。终末一个比拟复杂，它跟前边讲的中微子的飘舞有权衡，因为中微子飘舞某种道理上亦然一种轻子味零乱，那么字据中微子飘舞，它骨子上是不错构造出一个模子，使得产生e-μ+。这三个图里面，唯独终末一个图比拟稳妥咱们当今的物理，然而它的计较收尾相配小，不及以解释电视剧里这样大的轻子味零乱历程。
10.BEPC用正负电子对撞销毁来产生高能粒子，剧中三体舰队也利用正反物资销毁手脚能量开始，本分们对此有什么看法？
刘倩：这是一个很深的问题，科学界一直在问，为什么咱们的寰宇是以正物资为主，反物资很少？丁肇中先生当今在作念的AMS实验，即是在天上放一个大型的磁谱仪，去寻找有莫得可能存在一个反物资天地。如果有，它和咱们正物资天地的交壤处细则会有大批的销毁，然后会有许多的光子过来。但目下为止，咱们莫得看到这个信号。
《三体》电视剧剧照
目下咱们天地中的反物资很澹泊，光靠飞翔中蚁合遵循很低。如果是我设计，我会带反物资燃料棒。作念个计较，核电站里一个铀235裂变产生200MeV能量；而正负电子销毁产生的能量唯独1.1MeV；用中子的话它又不褂讪，开脱中子的寿命唯独15分钟；正反质子就很棒，一双正反质子能产生快要2GeV的能量，是以我会斟酌使用反质子燃料棒。
吕晓睿：其实许多物理学家就在实验室研究制抗拒物资，比如反氢原子，即是一个反质子加正电子的敛迹原子。又比如开脱中子会很快衰变，不错制抗拒氘或者反氦，也即是反质子加反中子的敛迹原子核。但咱们必须要让它举座显电性，才能用电磁场敛迹住它。
樊祯：三体舰队的最高航速是光速的十分之一，丁仪在剧中是若何算出三体舰队要花400年才能到的？
《三体》电视剧剧照
刘倩：你看丁仪画的横轴是期间，纵轴是速率，飞船是个变加快领略。为什么它的弧形是凹的呢？因为速率越快，飞船前边的电磁场扫过的面积越多，就能够给与到更多的反物资，推力才会越来越大，到光速的十分之一可能发动机就趋于足够了。
11.什么是天地微波配景辐射？为什么它的精明会让科学家感到触动？
曾振民：天地微波配景辐射有另一个名字，叫“天地的第一束光”，或者“天地的清晨”。天地出生38万年后，质子、中子、电子和光子彼此耦合成一锅热汤。但跟着天地蔓延长缓降温，电子和质子会荟萃在一齐造成中性氢，光子与电子的碰撞几率也就裁汰了，天地关于光子来说也就变得透明了，再经过138亿年的传播，光子在天地的各个方进取留住配景辐射。
天地微波配景辐射和黑体辐射谱对照
这个配景辐射的频谱和2.7K黑体辐射的频谱高度吻合，这证据咱们的天地是一个圆善的黑体。底下a图是Planck卫星探伤出的天地微波配景的各向异性，蓝色部分温度更低，橙色部分温度更高，但它们的差距其实唯独十万分之一K的量级，证据举座来看它如故各向同性的。b图是经管后得到的角功率谱图，它证据了天球当中两个方进取的温度涨落有联系性。角功率谱图上有几个峰，从中不错读出天地的密度有多大，以及重子物资占比若干，暗物资又占比若干。
微波配景辐射的各向异性
微波配景举座的各向同性还出生了暴涨表面，如斯均匀的温度散布在如斯远处的空间，让东说念主不禁想问这是为什么？暴涨表面认为，天地出生的刹那间在一个相配邃密的区域达到均衡态，随后时空履历e指数蔓延，这个历程叫作念暴涨，而天地运行时刻均衡态的联系性就被保留了下来。
天地暴胀表面
12.电视剧里的3K眼镜可行吗？
刘倩：我认为不错呀。从3K换算过来是7厘米波段，到可见光几百纳米的波段差了5个数目级，东说念主眼细则是看不见的。但咱们不错用探伤器看见它，之后把数据传到云上，再传到我的眼镜里，这和机场的安检机是相通的。
《三体》电视剧剧照
13.电视剧里说质子是11维的，有什么依据吗？
吴佳俊：我先打个比方，一根头发丝在咱们宏不雅模范来看是一条一维的线，但进入微不雅寰宇的话它又是个三维的圆柱体。也即是说当你的不雅察模范很小后，物资所荫藏的空间结构可能就会被开释出来。当今咱们宏不雅模范是3维空间+1维期间，但到了微不雅模范，比如超弦里的弦，它就需要在喜跃一定对称性的条目下额外添加6个维度（称为卡拉比丘流形），这样就到10维了。后头科学家在此基础上又添加了1个维度发展出M表面，也即是电视剧里说的11维。
曾振民：弦论一出手是26维的，引入了超对称念念想后的超弦表面降为了10维的，但它在发展历程中产生了5个变种。其后数学物理学家发现，把它升为11维后这5种超弦表面就能调治。在弦论中，基本粒子被视为一根振动的弦，不同的振动模式能形容不同的粒子，其中有一种特殊的振动模式能形容质地为0自旋为2的玻色子，也即是科学家们苦苦寻找的引力子。之前提到程序模子有传递电磁、强、弱三种彼此作用的传播子，唯独莫得传递引力的传播子，因为咱们目下很难把引力场量子化。爱因斯坦晚年研究的大调治表面即是在试图调治引力，但失败了。这时候弦论横空出世，大众就认为这很有可能是咱们的终极表面。
吴佳俊：超弦表面基于了超对称的念念想，也即是每个粒子齐有一个超对称伴子，这使得咱们不错用对撞机端庄这个表面。但缺憾的是，目下欧洲核子中心所能达到的13TeV量级的能量里，莫得找到任何超对称伴子的印迹。
14.如果智子顽固了咱们的加快器，咱们有别的主见研究粒子物理吗？
刘倩：一是不错用天地线，但它的发生几率不褂讪，变量也不可控，实验难以重迭。二即是用中微子，因为中微子的截面很小，智子想要收尾中微子很难，是以不错用中微子绕过智子顽固。
吕晓睿：剧情设计里面智子与东说念主造加快器中的粒子对撞后会被摧折，然后需要百万分之一秒的期间开发。大刘可能认为如故够快了，但咱们当今的大型粒子对撞机的对撞频率不错达到40兆赫兹，昔时还不错发展出更高通量的，十足不错把智子产生的杂音扣裁撤。我还想说一下，科学家在看到新东西的时候应该是兴盛的，不会像曼费证明那样自裁。假如是历史上的费曼的话，他是一个道理的东说念主，可能会敲起他的邦戈饱读。
费曼证明的传统艺能
刘倩：是以咱们在设计实验失败的数据时其实很纠结。另外剧情还设定曼费证明提前看到了数据，这证据有超光速的作用产生了非因果性的事情。历史上其实有超光速乌龙，其时欧洲核子中心有个OPERA实验组，他们产生了一束中微子束流打到位于意大利的探伤器，收尾发现中微子果然超光速了，但其后发现其实是GPS定时接口插错了，骨子上中微子并莫得超光速。其时科学家们齐很失望，如确切的能超光速该有多好。
15.电视剧顶用太阳放大电波向外星文静放射信号，履行中有莫得更灵验的花样？
刘倩：我设计了一个花样，不错简直无衰减地放射信号，并且能筛选唯独高等文静才能收到信号。这个花样即是中微子束流。中微子的穿透才智很强，简直不会在半途损耗，另外咱们如故有技能调制中微子束流。如果咱们放射的贪图星球上有高等文静，他们收到信息后就能解码。或者这些高等文静早就向咱们发掷中微子束流了，等咱们的中微子探伤器建成后，比如江门中微子实验，说不定就能收到这样一个信号。
16．汪淼眼中的倒计时有可能用智子已毕吗？
刘倩：不斟酌汪淼所受到的辐射剂量，以目下的技能是真的不错作念到的。之前有报说念，说宇航员上天际后，闭上眼睛也能看到微光，他看到的即是切伦科夫光。天地中的高能粒子在眼中晶状体这个介质的领略速率卓越了光在这个介质中的光速，就会产生切伦科夫光。那么我不错用电子加快器对着你的眼睛打，也能在你的眼中产生明后，致使不错打出数字光斑的倒计时。
17．手脚科研责任者，你们若何看待科学领域？
吕晓睿：这个领域是和咱们判辨物资寰宇的技能联系系的，比如19世纪末发现了放射性，开启了原子物理的实验探伤技艺，当今咱们有了电子加快器，就能看到亚原子层面的粒子。
刘倩：咱们不错看到从1900年到1950年，东说念主们只发现了电子、正电子、质子和中子四种费米子，因为那时候只可用云室谦让泡室，被不雅测粒子的开始也唯独天地线。但1950年到1960年一下子发现了一大堆粒子，因为探伤技能跨越了（裁剪注：1952年，第一个当代粒子加快器布鲁克海文质子同步加快器出手运行）。
Brookhaven国度实验室的加快器 | 图源：BNL
吴佳俊：但目下有一个问题，即是夸克由于色禁闭是弗成单独存在的，这使得咱们无法看到粒子响应的细节是若何样的。另外强关联的体系咱们目下常用的微扰论也没法经管，这种非微扰的问题亦然咱们目下的瓶颈。但有领域是功德，爱因斯坦说撸撸撸快播，正因为咱们知说念的学问圈越大，咱们不知说念的领域也就越大。
责编 ：贺静蕾