财新传媒 财新传媒

阅读:0
听报道

“物理学家看《三体》电视剧,惊奇发现电视剧中的科学实验非常眼熟和亲切,原来电视剧里的粒子加速器是真的!”

撰文 | 覃拈

《三体》的科学家杨冬正好是我的同行,我是北京谱仪国际合作组的前成员,做过粒子物理的实验研究。

电视剧第一集提到了杨冬在良湘加速器的粒子物理实验,剧中的粒子物理实验非常真实贴切,因为电视剧中的实验就是在现实世界的北京正负电子对撞机国家实验室取景的,可以看出电视剧非常用心,细节拉满,好评!

电视剧刚出来,我们粒子物理的一个微信群就已经有人发出截图,剧中涉及粒子物理实验的镜头让人感到眼熟,看着非常亲切。

良湘加速器 V.S. 北京正负电子对撞机

电视剧截图:杨冬和良湘加速器的合影

一眼是真,电视剧中的“良湘加速器”是现实中的北京正负电子对撞机,位于北京市石景山区玉泉路19号乙的中科院高能物理研究所。

北京正负电子对撞机于1989年建成,2008年进行了升级改造,成为工作在粲物理能区的最好的加速器,硬生生把美国的CLEO-c搞得倒闭了。中国目前在粲物理领域处于世界领先的地位,研究粲物理的各国科学家几乎都聚集在中国。

现实世界:北京正负电子对撞机的直线加速器部分

电视剧截图:汪淼给良湘加速器拍照

电视剧中,汪淼参观良湘加速器,给加速器拍照。上面电视剧的截图,实际是北京正负电子对撞机的储存环,就是汪淼前面用铜线缠绕的管子,储存环里面就是高速运动的粒子。

北京正负电子对撞机的储存环是双环结构,即有两条储存环,一条环里面是高速运动的电子,另一条环里面是电子的反物质——正电子。

上图剧照中,汪淼面对的近处有一个蓝色金属壳里面有4个白色的东西,那是四级磁铁。四级磁铁可以用于聚焦电子,就像凸透镜可以汇聚光线,四级磁铁可以汇聚电子和正电子。

现实世界:北京正负电子对撞机的储存环和磁铁结构(照片由我本人拍摄)

良湘加速器的配套探测器 V.S. 北京谱仪

在电视剧中,汪淼站在两个巨大的环形结构中间仰望,这不是加速器部件,而是探测器部件,而且是处于维护状态、拆开的探测器。

运行的时候,下图左边那个大东西要插入到右边那个洞里。

电视剧截图:汪淼站在巨大的探测器中间

如果只有良湘加速器,杨冬是没法获得实验结果的,必须有配套的探测器,就是上图汪淼看到的巨大机器。对撞机和探测器是不同的东西:对撞机只负责加速粒子,让粒子发生对撞产生次级粒子;探测器负责观测产生的次级粒子,收集次级粒子的数据并储存到服务器,再经过科学家的分析处理把数据处理得到图像。不过,汪淼看到的良湘探测器,应该不是北京正负电子对撞机配套的北京谱仪探测器。我也不太确定,因为我本人也没有机会亲自看到维护状态的北京谱仪。我倒是觉得剧中的探测器像是欧洲核子中心的大型强子对撞机上的探测器,如下图所示。(小编:剧中探测器确实不是北京谱仪探测器)


现实世界:欧洲大型强子对撞机上的探测器,电视剧里面的探测器跟这图简直一模一样

现实世界:北京正负电子对撞机上的北京谱仪探测器

杨冬的实验报告 V.S. 北京谱仪II的运行状态报告

电视剧中,杨冬手里拿着从良湘加速器上得到的粒子物理实验结果,她手里的报告是真实存在的,那就是北京谱仪II的运行状态报告。

电视剧截图:杨冬手里的粒子物理实验报告

杨冬手里的报告标题,如上图我用红色圈出的部分是“BES-II Run Status Report”,就是“北京谱仪II运行状态报告”,在右边的红色圈里面你甚至能看到正电子的能量是1855.464MeV,能散2365keV,实验报告的日期是2006年8月2日。

报告的下半部分是加速器里面正负电子的束流强度随时间变化的曲线,曲线变高是因为电子和正电子正在注入加速器,曲线变低是因为正负电子在对撞从而束流强度减小。

现实世界:北京正负电子对撞机的实时运行状态。2023年1月9日喜讯,我们的北京正负电子对撞机的对撞亮度达到了创纪录的1x10的33次方

杨冬在粒子物理实验室值班 V.S. 北京谱仪值班室

从电视剧上看,杨冬在良湘加速器的实验室值班,电视剧画面上还有粒子对撞机上的粒子对撞实时重建模拟图,这也是真实存在的。


电视剧截图:良湘加速器实验室的粒子对撞实时重建模拟示意图

在真实的北京正负电子对撞机上,正负电子对撞之后产生新粒子,这些粒子在飞行过程中被北京谱仪探测器捕获,经过计算机实时处理,可以在值班室的电脑屏幕上重建出粒子在探测器中的飞行路径,就像电视剧中那样,如上图所示。

现实世界:北京谱仪值班室屏幕上显示的粒子飞行径迹图(照片由我本人拍摄)

电视剧中,杨冬在良湘加速器的值班室面对着很多电脑屏幕,屏幕上是各种各样的粒子物理实验图表和数据,这些都是真实存在的。

电视剧中的这些图表,显然都是来自北京谱仪的值班室。

电视剧截图:杨冬在良湘加速器的值班室值班,面对着很多电脑屏幕,实时监控实验。

我作证,杨冬值班时,电脑屏幕上显示的图表和数据都是真实的粒子物理实验,你看我拍摄的北京谱仪值班室图片,如下:

现实世界:北京谱仪值班室(图片由我本人拍摄)。这是我作为值班长值班的时候拍摄的,图中的人是我的搭档值班员,我们正在葛优躺


现实世界:北京谱仪值班室(照片由我本人拍摄)

杨冬获得的实验结果 V.S. 真实的J/ψ质量谱

电视剧中,杨冬通过传真机把良湘加速器的实验结果发给了她国外的导师科学家,外国科学家从传真机上看到了实验图表,而申玉菲居然提前知道了结果,后来外国科学家绝望自/杀。根据小说,人类的粒子物理实验是被三体人“智子”干扰了,地球上的粒子物理实验都不能得出有规律的结果,导致很多物理学家对物理学感到绝望,从而自杀。

电视剧截图:外国科学家从传真机接收到杨冬的实验结果

电视剧截图:放大图片可以看到,这是J/ψ粒子的质量谱

评论区的小伙伴们提醒,上面这个实验结果虽然不是真实存在的,但电视剧确实也用心注意了细节。根据上图的信息,这是J/ψ粒子衰变到电子e和缪子μ的质量谱 (J/ψ→eμ) 。这是一个直方图,图中横坐标是电子和缪子的不变质量,纵坐标是事例数,曲线在大约3.1GeV附近有一个凸起的“峰”,这正好对应着J/ψ粒子的质量3.097GeV。

实际上,真正的粒子物理学家刘倩教授是三体电视剧的科学顾问之一(电视剧最后的致谢有刘倩老师的名字),据他透露,电视剧请他帮忙制作了这个衰变道的实验细节,要求这个实验结果必须很反常,要很干净没有太多本底,而且可以快速出结果。于是刘老师向剧组提供了 (J/ψ→eμ) 的衰变,这是一个违反轻子数守恒规律的稀有衰变,它的发生概率不可能这么高,也不可能有这么干净的结果,如果在现实世界观察到这样的实验结果,科学家真的会发疯。不过不是发疯到想死,而是因为开心到要死——居然能观察到违背物理规律的新现象,大发现啊,可以发好文章了!顺便说一句,J/ψ粒子由美国华裔科学家丁肇中在1974年发现,他也因此获得了诺贝尔物理学奖。

现实世界:丁肇中的某一个报告(照片由我本人拍摄)当然,就像前面说的,现实世界中的科学家肯定不会因为看到J/ψ粒子的质量谱就想不开了。因为电视剧中的实验结果非常好,曲线很漂亮很完美啊,你看拟合函数(图中的Total Fit)和数据(图中的Data)的分布非常一致,这么漂亮的实验结果,而且还是违背粒子物理标准模型的大发现,值得庆祝啊,干嘛想不开……

物理学家也看好三体电视剧

刚看了第一集,非常过瘾。电视剧的粒子物理实验毫无槽点,细节拉满,电视剧确实是经过认真打磨的。我看过几遍小说,能感受到剧情贴合原著,很多台词就是小说原文,电视剧中的科学家和科学实验也有真实感,诚意十足。
我们粒子物理微信群的小伙伴有很多人在追剧,可以说,三体电视剧实打实地吸引了物理学家的目光,获得了科学家小伙伴们的认可。

 

本文经授权转载自微信公众号“中科院高能所”。

 

话题:



0

推荐

返朴

返朴

1835篇文章 1次访问 5小时前更新

溯源守拙·问学求新。返朴,致力好科普。

文章