ABOUT THE SPEAKER
James Beacham - Experimental particle physicist
James Beacham is an experimental high-energy particle physicist working with the ATLAS collaboration at CERN's Large Hadron Collider.

Why you should listen

As part of the ATLAS collaboration at CERN's Large Hadron Collider, one of the teams that discovered the Higgs boson in 2012, James Beacham is on the hunt for evidence of new particles -- dark photons, gravitons, dark matter and exotic Higgs bosons among them.

Previously, Beacham was part of a small team of researchers who, in 2009, searched for the Higgs boson in an unlikely place: data taken by the ALEPH experiment at CERN's Large Electron-Positron collider, nine years after it had stopped running. He has also worked with the APEX collaboration, a groundbreaking search for dark photons using existing particle physics facilities designed for very different purposes.

Beacham completed his PhD at New York University in 2014 and is currently a post-doctoral researcher with the ATLAS experiment group of the Ohio State University. He has been a guest on NPR's "Science Friday," participated in documentaries on the BBC and the Discovery Channel and talked particle physics with the New York Times and WIRED.

In addition to his ongoing research, Beacham is dedicated to making particle physics accessible to all. He has communicated science to the public with Symmetry Magazine, US/LHC, the Science Museum in London, the Institute of Physics, the World Science Fair and on the Web.

In 2015, Beacham organized Ex/Noise/CERN, a project colliding particle physics with experimental music to celebrate the LHC’s switch on to 13 trillion electron volts.

More profile about the speaker
James Beacham | Speaker | TED.com
TEDxBerlin

James Beacham: How we explore unanswered questions in physics

詹姆斯·比彻姆: 我们如何探索物理学中没有被解答的问题

Filmed:
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利用史上最大的科学仪器,CERN的大型强子对撞机,詹姆斯·比彻姆(James Beacham)试图回答物理学中最重要的开放性问题。在这场有趣的、通俗易懂的演讲中,Beacham阐述了科学如何诞生,并带领我们踏上了在高维空间中寻找未被发现的基本粒子的旅程(并解释了重力之谜),还详细说明了坚持探索的动力所在。
- Experimental particle physicist
James Beacham is an experimental high-energy particle physicist working with the ATLAS collaboration at CERN's Large Hadron Collider. Full bio

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00:13
There is something about physics物理
0
1087
4185
有一些关于物理方面的事情,
从我还是个小孩的时候
就开始并一直困扰着我。
00:17
that has been really bothering困扰 me
since以来 I was a little kid孩子.
1
5296
4000
00:23
And it's related有关 to a question
2
11010
1809
它和一个问题有关,
科学家们已经在这个问题上
探索了将近100年,
00:24
that scientists科学家们 have been asking
for almost几乎 100 years年份,
3
12843
3244
却毫无结果。
00:28
with no answer回答.
4
16111
1169
00:31
How do the smallest最少 things in nature性质,
5
19108
3010
自然界中最小的事物,
量子世界中的那些粒子,
00:34
the particles粒子 of the quantum量子 world世界,
6
22142
2153
是如何与自然中最大的事物,
00:36
match比赛 up with the largest最大
things in nature性质 --
7
24319
3031
即在万有引力作用维系下的
行星、恒星以及星系相匹配的?
00:39
planets行星 and stars明星 and galaxies星系
held保持 together一起 by gravity重力?
8
27374
3247
00:43
As a kid孩子, I would puzzle难题
over questions问题 just like this.
9
31250
2773
小的时候,我时常会为
这样的问题感到疑惑。
我会不停地摆弄显微镜和电磁铁,
00:46
I would fiddle小提琴 around
with microscopes显微镜 and electromagnets电磁铁,
10
34047
2892
我还会去阅读了解粒子间作用力和
00:48
and I would read
about the forces军队 of the small
11
36963
2195
量子力学,
00:51
and about quantum量子 mechanics机械学
12
39182
1334
然后惊叹于那描述
00:52
and I would marvel奇迹 at how well
that description描述 matched匹配 up
13
40540
3564
与我们的观察竟如此契合。
00:56
to our observation意见.
14
44128
1170
00:58
Then I would look at the stars明星,
15
46220
1583
那时我仰望星空,
读到我们有多了解重力,
00:59
and I would read about how well
we understand理解 gravity重力,
16
47827
2524
然后我会严肃思考
这一定有一些精巧的地方
01:02
and I would think surely一定,
there must必须 be some elegant优雅 way
17
50375
3350
使得这两个系统匹配。
01:05
that these two systems系统 match比赛 up.
18
53749
2645
01:09
But there's not.
19
57021
1401
但事实上并没有。
01:11
And the books图书 would say,
20
59673
1160
书上会说,
是的,我们分别在这
两个领域上了解了很多,
01:12
yeah, we understand理解 a lot
about these two realms境界 separately分别,
21
60857
3183
但是当我们尝试着将它们
以数学的方式联系在一起的时候,
01:16
but when we try to link链接
them mathematically数学,
22
64064
2610
01:18
everything breaks休息.
23
66698
1330
每件事都变得不合逻辑了。
01:20
And for 100 years年份,
24
68674
1310
而且100年来,
我们关于如何解决这个
几乎是物理灾难的想法
01:22
none没有 of our ideas思路 as to how to solve解决
this basically基本上 physics物理 disaster灾害,
25
70008
5028
从没有被证据支持过。
01:27
has ever been supported支持的 by evidence证据.
26
75060
1814
01:30
And to little old me --
27
78271
1654
对于小小的我,
幼小的,好奇的,多疑的詹姆士,
01:31
little, curious好奇, skeptical怀疑的 James詹姆士 --
28
79949
1810
这个答案绝对满足不了我。
01:33
this was a supremely千钧 unsatisfying不满意 answer回答.
29
81783
2868
01:38
So, I'm still a skeptical怀疑的 little kid孩子.
30
86011
2233
我仍然是一个充满怀疑的小孩。
快进到现在,2015年12月,
01:40
Flash-forward闪进 now
to December十二月 of 2015,
31
88268
3810
01:45
when I found发现 myself smack拍击 in the middle中间
32
93029
2474
我发现自己突然出现
在物理世界的正中央,
并完全沉迷于此。
01:47
of the physics物理 world世界
being存在 flipped翻转 on its head.
33
95527
2940
01:51
It all started开始 when we at CERNCERN
saw something intriguing奇妙 in our data数据:
34
99999
3320
一切开始于我们在欧洲粒子物理研究所
(CERN)的数据中看到一些有趣的东西,
01:55
a hint暗示 of a new particle粒子,
35
103343
2274
某种新的粒子的线索,
也说明这个问题的答案
极有可能是非同寻常的。
01:57
an inkling暗示 of a possibly或者 extraordinary非凡
answer回答 to this question.
36
105641
4216
02:03
So I'm still a skeptical怀疑的
little kid孩子, I think,
37
111777
2127
所以,我觉得我仍然是
一个小小的怀疑论者,
而我现在成为了一个粒子猎人。
02:05
but I'm also now a particle粒子 hunter猎人.
38
113928
2133
我是CERN大型强子对撞机
(LHC)实验的物理学家,
02:08
I am a physicist物理学家 at CERN's欧洲核子研究中心
Large Hadron强子 Collider对撞机,
39
116085
3463
这是有史以来规模最大的科学实验。
02:11
the largest最大 science科学
experiment实验 ever mounted安装.
40
119572
3471
02:15
It's a 27-kilometer-公里 tunnel隧道
on the border边境 of France法国 and Switzerland瑞士
41
123877
3535
这个机器是法国和瑞典
交界地区的一个27公里的隧道,
深埋于地下100米处。
02:19
buried隐藏 100 meters underground地下.
42
127436
1850
在这个隧道里,
02:21
And in this tunnel隧道,
43
129310
1154
我们使用低于外部空间
温度的超导磁体
02:22
we use superconducting超导 magnets磁铁
colder更冷 than outer space空间
44
130488
3953
来加速质子运动,
使其速度接近光速,
02:26
to accelerate加速 protons质子
to almost几乎 the speed速度 of light
45
134465
3061
并使得质子以每秒
上百万次的速度互相撞击,
02:29
and slam猛撞 them into each other
millions百万 of times per second第二,
46
137550
3877
02:33
collecting搜集 the debris废墟 of these collisions碰撞
47
141451
2826
收集撞击后产生的碎片,
02:36
to search搜索 for new, undiscovered未被发现
fundamental基本的 particles粒子.
48
144301
3971
来进行新的、未发现的
基本粒子的研究。
02:40
Its design设计 and construction施工
took decades几十年 of work
49
148727
2464
它的设计和构造花费了
全世界上千名物理学家
数十年的时间,
02:43
by thousands数千 of physicists物理学家
from around the globe地球,
50
151215
3032
2015年的夏天,
02:46
and in the summer夏季 of 2015,
51
154271
2541
02:48
we had been working加工 tirelessly孜孜不倦地
to switch开关 on the LHCLHC
52
156836
3424
我们不知疲倦地
以人类曾经在对撞机试验中
使用过的最高能量
一次次打开LHC的开关。
02:52
at the highest最高 energy能源 that humans人类
have ever used in a collider对撞机 experiment实验.
53
160284
4467
更高的能量是必要的,
02:57
Now, higher更高 energy能源 is important重要
54
165735
2523
因为粒子能量和粒子的质量
03:00
because for particles粒子,
there is an equivalence等价
55
168282
2187
03:02
between之间 energy能源 and particle粒子 mass,
56
170493
2201
是守恒的,
质量只是自然给出的一个数值。
03:04
and mass is just a number
put there by nature性质.
57
172718
2461
03:08
To discover发现 new particles粒子,
58
176068
1318
为了发现新的粒子,
我们要找到更大的数值,
03:09
we need to reach达到 these bigger numbers数字.
59
177410
2122
为了做到这一点,我们要
制造更大更高能量的对撞机,
03:11
And to do that, we have to build建立
a bigger, higher更高 energy能源 collider对撞机,
60
179556
3254
而这个世界上最大,能量最高的对撞机
03:14
and the biggest最大, highest最高
energy能源 collider对撞机 in the world世界
61
182834
2565
也就是大型强子对撞机LHC。
03:17
is the Large Hadron强子 Collider对撞机.
62
185423
1466
03:20
And then, we collide碰撞 protons质子
quadrillionsquadrillions of times,
63
188271
4899
然后,我们让质子对撞一千万亿次,
并在数个月内
慢慢地收集这些数据,
03:25
and we collect搜集 this data数据 very slowly慢慢地,
over months个月 and months个月.
64
193194
4284
03:30
And then new particles粒子 might威力 show显示 up
in our data数据 as bumps颠簸 --
65
198813
4335
然后新粒子猛然出现在我们的数据里,
和你们所期望的有点偏差,
03:35
slight轻微 deviations偏差 from what you expect期望,
66
203172
2445
很小的一簇数据表使得
一条平滑的线变得有些粗糙。
03:37
little clusters集群 of data数据 points
that make a smooth光滑 line线 not so smooth光滑.
67
205641
3967
03:42
For example, this bump磕碰,
68
210379
1721
比如,距离2012年的数据记录
03:45
after months个月 of data-taking数据了结 in 2012,
69
213010
2533
几个月之后发现的这个碰撞,
引领我们发现了希格斯粒子
03:47
led to the discovery发现
of the Higgs希格斯 particle粒子 --
70
215567
2129
——应该叫希格斯玻色子——
03:49
the Higgs希格斯 boson玻色子 --
71
217720
1205
03:50
and to a Nobel诺贝尔 Prize
for the confirmation确认 of its existence存在.
72
218949
3365
并因为证明其存在而
获得了诺贝尔奖。
03:55
This jump up in energy能源 in 2015
73
223972
3558
2015年,能量出现了大幅波动,
04:00
represented代表 the best最好 chance机会
that we as a species种类 had ever had
74
228628
3292
这表示我们人类作为一个物种
遇见了有史以来的最佳机会
来探寻新粒子的存在,
04:03
of discovering发现 new particles粒子 --
75
231944
1477
探寻那些存在已久的问题的答案。
04:05
new answers答案 to these
long-standing由来已久 questions问题,
76
233445
2112
因为这次的能量接近两倍于
04:07
because it was almost几乎
twice两次 as much energy能源 as we used
77
235581
3097
我们曾发现的希格斯玻色子。
04:10
when we discovered发现 the Higgs希格斯 boson玻色子.
78
238702
1922
我的许多同僚终身奉献于事业
为的就是这一刻,
04:12
Many许多 of my colleagues同事 had been working加工
their entire整个 careers职业生涯 for this moment时刻,
79
240648
3741
坦白讲,对于小小的,
充满好奇心的我来说,
04:16
and frankly坦率地说, to little curious好奇 me,
80
244413
2076
这就是我一生都在等待的时刻。
04:18
this was the moment时刻
I'd been waiting等候 for my entire整个 life.
81
246513
2910
这个时刻就是2015年。
04:21
So 2015 was go time.
82
249447
1731
2015年6月,
04:24
So June六月 2015,
83
252654
2210
04:27
the LHCLHC is switched交换的 back on.
84
255722
2659
LHC再一次启动了。
04:31
My colleagues同事 and I held保持 our breath呼吸
and bit our fingernails指甲,
85
259040
2877
我和我的同僚们一起
屏住呼吸,紧张到咬指甲,
最终我们看到了
第一次质子对撞,
04:33
and then finally最后 we saw
the first proton质子 collisions碰撞
86
261941
2511
伴随着有史以来最大能量。
04:36
at this highest最高 energy能源 ever.
87
264476
1956
于是立刻爆发了掌声,欢呼,庆贺。
04:38
Applause掌声, champagne香槟酒, celebration庆典.
88
266456
2076
这是科学史上的里程碑,
04:40
This was a milestone里程碑 for science科学,
89
268556
3596
我们完全不知道我们会从
全新的数据当中得出什么。
04:44
and we had no idea理念 what we would find
in this brand-new全新的 data数据.
90
272176
4622
04:51
And then a few少数 weeks later后来,
we found发现 a bump磕碰.
91
279990
2178
几周过去了,
我们发现了一个碰撞。
04:56
It wasn't a very big bump磕碰,
92
284192
1676
这不是一次很大的碰撞,
04:58
but it was big enough足够 to make
you raise提高 your eyebrow.
93
286952
2512
但是也足够让你惊讶到挑眉。
但是要给挑眉的幅度
从一到十划分等级的话,
05:01
But on a scale规模 of one to 10
for eyebrow raises加薪,
94
289488
2251
如果“十”表示你发现了一种新粒子,
05:03
if 10 indicates指示 that you've
discovered发现 a new particle粒子,
95
291763
2610
那么这次大概只能有“四”。
05:06
this eyebrow raise提高 is about a four.
96
294397
1727
(观众笑声)
05:08
(Laughter笑声)
97
296148
1150
05:10
I spent花费 hours小时, days, weeks
in secret秘密 meetings会议,
98
298432
5211
我花了数小时,数天,
数周时间参加秘密会议,
和我的同事们讨论这次小碰撞,
05:15
arguing争论 with my colleagues同事
over this little bump磕碰,
99
303667
2360
用我们最无礼的方式对着它指指点点,
05:18
poking and prodding打回原形 it with our most
ruthless无情 experimental试验 sticks
100
306051
3236
看它能不能经受得住详细的检查。
05:21
to see if it would withstand经受 scrutiny审查.
101
309311
1977
05:23
But even after months个月
of working加工 feverishly狂热 --
102
311988
3461
但是经过了几个月的狂热实验
——睡在实验室连家都不回,
05:27
sleeping睡眠 in our offices办事处
and not going home,
103
315473
2432
用糖果棒代替晚餐,
05:29
candy糖果 bars酒吧 for dinner晚餐,
104
317929
2077
喝了一桶又一桶的咖啡——
05:32
coffee咖啡 by the bucketful满桶 --
105
320030
1570
物理学家变成了把咖啡
转化成了图表的机器。
05:33
physicists物理学家 are machines
for turning车削 coffee咖啡 into diagrams --
106
321624
4243
(观众笑声)
05:37
(Laughter笑声)
107
325891
1399
这个小碰撞并没有消失。
05:39
This little bump磕碰 would not go away.
108
327314
2536
05:42
So after a few少数 months个月,
109
330704
2138
所以几个月后,
我们把这个小碰撞非常清楚的
介绍给了全世界。
05:44
we presented呈现 our little bump磕碰 to the world世界
with a very clear明确 message信息:
110
332866
3710
05:49
this little bump磕碰 is interesting有趣
but it's not definitive明确,
111
337457
2711
这个小碰撞虽然令人关注,
但它并不是最终结果。
所以我们会继续关注它,
记录下更多数据。
05:52
so let's keep an eye on it
as we take more data数据.
112
340192
3329
05:55
So we were trying to be
extremely非常 cool about it.
113
343872
2291
也因冷静我们想以
极度清醒的态度来观察它。
05:59
And the world世界 ran with it anyway无论如何.
114
347463
2188
全世界也一直在关注着它。
06:02
The news新闻 loved喜爱 it.
115
350383
1632
新闻界喜爱它。
06:04
People said it reminded提醒
them of the little bump磕碰
116
352735
2555
人们说这让他们想起了
发现希格斯玻色子的那次碰撞。
06:07
that was shown显示 on the way
toward the Higgs希格斯 boson玻色子 discovery发现.
117
355314
3423
比这更令人振奋的是,
我的理论家同事们
06:10
Better than that,
my theorist理论家 colleagues同事 --
118
358761
3128
06:14
I love my theorist理论家 colleagues同事 --
119
362548
2317
——我爱他们——
我的理论家同事们写了500篇
关于这个小碰撞的论文。
06:16
my theorist理论家 colleagues同事 wrote
500 papers文件 about this little bump磕碰.
120
364889
3612
(观众笑声)
06:20
(Laughter笑声)
121
368525
1455
06:22
The world世界 of particle粒子 physics物理
had been flipped翻转 on its head.
122
370574
3966
整个粒子物理世界都痴迷于此。
06:27
But what was it about this particular特定 bump磕碰
123
375745
4242
但是这次粒子对撞到底为什么
导致了上千名物理学家
都兴奋地难以自抑?
06:32
that caused造成 thousands数千 of physicists物理学家
to collectively lose失去 their cool?
124
380011
4090
06:37
This little bump磕碰 was unique独特.
125
385596
1436
这次小碰撞是独特的。
06:40
This little bump磕碰 indicated指示
126
388198
1369
这次小碰撞意味着
我们眼见着未曾预期过的
大量粒子对撞,
06:41
that we were seeing眼看 an unexpectedly不料
large number of collisions碰撞
127
389591
3022
它们的残骸只形成两种光子,
06:44
whose谁的 debris废墟 consisted
of only two photons光子,
128
392637
3331
就是两种光粒子。
06:47
two particles粒子 of light.
129
395992
1244
这是很少见的。
06:49
And that's rare罕见.
130
397260
1237
06:51
Particle粒子 collisions碰撞 are not
like automobile汽车 collisions碰撞.
131
399069
2620
粒子对撞不像汽车碰撞。
它们的规则是不一样的。
06:53
They have different不同 rules规则.
132
401713
1519
06:55
When two particles粒子 collide碰撞
at almost几乎 the speed速度 of light,
133
403256
2650
当两个粒子以接近光速的速度发生碰撞,
量子世界就出现了。
06:57
the quantum量子 world世界 takes over.
134
405930
1421
在量子世界中,
06:59
And in the quantum量子 world世界,
135
407375
1260
这两个粒子可以简单地
创造出一种新的粒子。
07:00
these two particles粒子
can briefly简要地 create创建 a new particle粒子
136
408659
3193
这种新粒子只会有一瞬间存在,
07:03
that lives生活 for a tiny fraction分数 of a second第二
137
411876
2780
在它分解成其他的粒子之后
恰好被我们的检测器检测到了。
07:06
before splitting分裂 into other particles粒子
that hit击中 our detector探测器.
138
414680
2881
想象一下汽车的碰撞,
两辆车因受撞击而消失,
07:09
Imagine想像 a car汽车 collision碰撞
where the two cars汽车 vanish消失 upon impact碰撞,
139
417585
3405
一辆自行车凭空出现——
07:13
a bicycle自行车 appears出现 in their place地点 --
140
421014
2269
(观众笑声)
07:15
(Laughter笑声)
141
423307
1071
然后这辆自行车又发生了
爆炸,变成两块滑板
07:16
And then that bicycle自行车 explodes爆炸
into two skateboards滑板,
142
424402
2461
撞向我们的检测器。
07:18
which哪一个 hit击中 our detector探测器.
143
426887
1181
(观众笑声)
07:20
(Laughter笑声)
144
428092
1379
我希望这不是真的。
07:21
Hopefully希望, not literally按照字面.
145
429495
1953
因为它们太贵重了。
07:23
They're very expensive昂贵.
146
431472
1342
07:26
Events活动 where only two photons光子
hit击中 out detector探测器 are very rare罕见.
147
434191
3748
两个光子撞击被探测器捕捉到
这种事情太少见了。
07:29
And because of the special特别
quantum量子 properties性能 of photons光子,
148
437963
3722
并且由于光子的特殊量子特性,
极少有可能产生新的粒子——
07:33
there's a very small number
of possible可能 new particles粒子 --
149
441709
3788
也就是那些所谓的“自行车”——
07:37
these mythical神话 bicycles自行车 --
150
445521
1497
会产生两个光子。
07:39
that can give birth分娩 to only two photons光子.
151
447042
2243
07:41
But one of these options选项 is huge巨大,
152
449812
2836
但是其中一个可能性是很大的。
它和一个长期存在的问题有关,
07:44
and it has to do with
that long-standing由来已久 question
153
452672
2836
从我还是个小孩的时候
就一直困扰着我,
07:47
that bothered困扰 me as a tiny little kid孩子,
154
455532
2522
也就是重力。
07:50
about gravity重力.
155
458078
1360
07:53
Gravity重力 may可能 seem似乎 super strong强大 to you,
156
461946
2672
重力对大家的影响太大了。
但是它同大自然其它的力量
相比又实在太微弱了。
07:56
but it's actually其实 crazily发狂地 weak
compared相比 to the other forces军队 of nature性质.
157
464642
4100
当我跳起来的时候,
我可以短暂性地克服重力,
08:00
I can briefly简要地 beat击败 gravity重力 when I jump,
158
468766
2631
08:04
but I can't pick a proton质子 out of my hand.
159
472390
2843
可我却不能从我手里拿起一个质子。
08:08
The strength强度 of gravity重力 compared相比
to the other forces军队 of nature性质?
160
476463
3216
把引力的强度和其它的
自然力量相比会如何?
08:12
It's 10 to the minus减去 39.
161
480480
2190
它等于10的负39次方。
也就是小数点后39个零。
08:14
That's a decimal十进制 with 39 zeros after it.
162
482694
2537
更可怕的是,
08:17
Worse更差 than that,
163
485255
1157
所有我们现在已知的其它自然力量
都能够被一种名叫“标准模型”的东西
08:18
all of the other known已知 forces军队 of nature性质
are perfectly完美 described描述
164
486436
3027
精确地描述,
08:21
by this thing we call the Standard标准 Model模型,
165
489487
2037
这是目前我们所使用的最好的
描述自然的最小模型。
08:23
which哪一个 is our current当前 best最好 description描述
of nature性质 at its smallest最少 scales,
166
491548
3435
坦白地说,
08:27
and quite相当 frankly坦率地说,
167
495007
1156
也是人类最成功的成就之一
08:28
one of the most successful成功
achievements成就 of humankind人类 --
168
496187
4177
——除了重力,
这是被排除在标准模型之外的,
08:32
except for gravity重力, which哪一个 is absent缺席
from the Standard标准 Model模型.
169
500388
4012
这太疯狂了。
08:36
It's crazy.
170
504424
1150
08:38
It's almost几乎 as though虽然 most
of gravity重力 has gone走了 missing失踪.
171
506046
3100
好像大部分的重力都不知所踪。
08:42
We feel a little bit of it,
172
510394
1667
我们只能感受到一点点,
但是剩下的部分在哪儿?
08:44
but where's哪里 the rest休息 of it?
173
512085
1676
没有人知道。
08:45
No one knows知道.
174
513785
1282
08:48
But one theoretical理论 explanation说明
proposes建议 a wild野生 solution.
175
516003
4403
但是有种理论
提出了一个疯狂的设想。
08:54
You and I --
176
522120
1339
你和我——
即使你在后面——
08:55
even you in the back --
177
523483
1578
我们生活在三维空间里。
08:57
we live生活 in three dimensions尺寸 of space空间.
178
525085
2145
我希望这个陈述没有争议。
08:59
I hope希望 that's a
non-controversial无争议 statement声明.
179
527254
2557
(观众笑声)
09:01
(Laughter笑声)
180
529835
1829
所有我们现在已知的粒子
都存在于三维空间,
09:03
All of the known已知 particles粒子 also live生活
in three dimensions尺寸 of space空间.
181
531688
3438
实际上,粒子只是给
09:07
In fact事实, a particle粒子 is just another另一个 name名称
182
535150
2190
在三维空间产生的碰撞
起的另一个名字,
09:09
for an excitation励磁
in a three-dimensional三维 field领域;
183
537364
3009
空间中的局部震动。
09:12
a localized本地化 wobbling摆动 in space空间.
184
540397
1920
09:15
More importantly重要的, all the math数学
that we use to describe描述 all this stuff东东
185
543288
3529
更重要的是,我们学过的
所有用来描述这些东西的数学知识
都建立在只存在三维空间的假设之上。
09:18
assumes假设 that there are only
three dimensions尺寸 of space空间.
186
546841
3073
但是数学仅仅是数学,
我们可以用任何方式摆弄它。
09:21
But math数学 is math数学, and we can play
around with our math数学 however然而 we want.
187
549938
3381
人类幻想着存在额外维度空间
09:25
And people have been playing播放 around
with extra额外 dimensions尺寸 of space空间
188
553343
3166
已经有很长时间了,
09:28
for a very long time,
189
556533
1155
但是这始终是一个抽象的数学概念。
09:29
but it's always been an abstract抽象
mathematical数学的 concept概念.
190
557712
2585
我是说,看看你们周围——
09:32
I mean, just look around you --
you at the back, look around --
191
560321
3172
你非常清楚这是三维空间。
09:35
there's clearly明确地 only
three dimensions尺寸 of space空间.
192
563517
2281
09:38
But what if that's not true真正?
193
566954
1559
但是假如这不是真的呢?
09:42
What if the missing失踪 gravity重力 is leaking泄漏
into an extra-spatial额外的空间 dimension尺寸
194
570109
6255
假如那些消失的重力
其实都流失到了超三维空间,
而你和我都看不到呢?
09:48
that's invisible无形 to you and I?
195
576388
1956
09:51
What if gravity重力 is just as strong强大
as the other forces军队
196
579355
3094
假如重力其实和其它的力一样强呢?
09:54
if you were to view视图 it in this
extra-spatial额外的空间 dimension尺寸,
197
582473
3141
假如你能在超三维空间看到它呢?
09:57
and what you and I experience经验
is a tiny slice of gravity重力
198
585638
2900
还有,假如你和我经受的重力
其实仅仅是重力的一小部分,
10:00
make it seem似乎 very weak?
199
588562
1897
所以看上去这股力才这么微弱呢?
10:04
If this were true真正,
200
592158
1175
如果这些假设都是真的,
我们就要扩展我们的粒子标准模型。
10:05
we would have to expand扩大
our Standard标准 Model模型 of particles粒子
201
593357
2748
让更多的粒子,比如多维重力粒子
10:08
to include包括 an extra额外 particle粒子,
a hyperdimensional超维度 particle粒子 of gravity重力,
202
596129
4086
这种存在于超维空间的特殊的
引力子也能够被涵盖进来。
10:12
a special特别 graviton引力 that lives生活
in extra-spatial额外的空间 dimensions尺寸.
203
600239
2995
我看到了你们脸上的表情。
10:15
I see the looks容貌 on your faces面孔.
204
603258
1465
你们也许会问我这样的问题:
10:16
You should be asking me the question,
205
604747
1819
“在我们被困于三维空间的情况下,
我们怎么能证实这种疯狂的
10:18
"How in the world世界 are we going to test测试
this crazy, science科学 fiction小说 idea理念,
206
606590
3644
科幻小说里的设想?”
10:22
stuck卡住 as we are in three dimensions尺寸?"
207
610258
2491
我们经常会用的方法是
10:24
The way we always do,
208
612773
1282
让两个质子互相撞击——
10:26
by slamming猛击 together一起 two protons质子 --
209
614079
2139
(观众笑声)
10:28
(Laughter笑声)
210
616242
1152
很难让碰撞反射到任何
10:29
Hard enough足够 that
the collision碰撞 reverberates宛转
211
617418
2564
可能存在的超维空间里,
10:32
into any extra-spatial额外的空间 dimensions尺寸
that might威力 be there,
212
620006
2691
很难随时制造出这种多维引力子,
10:34
momentarily瞬间 creating创建
this hyperdimensional超维度 graviton引力
213
622721
2599
然后让其迅速返回到三维空间的LHC上
10:37
that then snaps按扣 back
into the three dimensions尺寸 of the LHCLHC
214
625344
4380
再分解成两个光子,
10:41
and spits吐奶 off two photons光子,
215
629748
1822
10:44
two particles粒子 of light.
216
632278
1338
两个光粒子。
10:47
And this hypothetical假想,
extra-dimensional额外维 graviton引力
217
635417
2910
这种假想出来的
超维引力子
是假想的可能存在的
所有新粒子中的一种,
10:50
is one of the only possible可能,
hypothetical假想 new particles粒子
218
638351
3707
它拥有特殊的量子特性,
10:54
that has the special特别 quantum量子 properties性能
219
642082
2135
碰撞后能够分解出两个光子。
10:56
that could give birth分娩 to our little,
two-photon双光子 bump磕碰.
220
644241
4236
11:02
So, the possibility可能性 of explaining说明
the mysteries奥秘 of gravity重力
221
650000
5820
因此,解释重力的奥秘
以及发现超维空间的可能性
11:07
and of discovering发现 extra额外
dimensions尺寸 of space空间 --
222
655844
3498
——现在你应该有所察觉了,
11:11
perhaps也许 now you get a sense
223
659366
1592
为什么上千个物理怪才
在小小的,两个光子的碰撞面前
11:12
as to why thousands数千 of physics物理 geeks怪才
collectively lost丢失 their cool
224
660982
4124
同时失去了冷静。
11:17
over our little, two-photon双光子 bump磕碰.
225
665130
1882
这种类型的探索将会改写课本。
11:19
A discovery发现 of this type类型
would rewrite改写 the textbooks教科书.
226
667036
2900
11:22
But remember记得,
227
670739
1152
但是请记住,
我们这些正在践行的实验主义者
11:23
the message信息 from us experimentalists实验者
228
671915
1724
想要说的是
11:25
that actually其实 were doing
this work at the time,
229
673663
2239
非常清楚的:
我们需要更多的数据。
11:27
was very clear明确:
230
675926
1154
11:29
we need more data数据.
231
677104
1174
有了更多数据,
11:30
With more data数据,
232
678302
1519
这个小碰撞就会变成新鲜出炉的
美好的诺贝尔奖了——
11:31
the little bump磕碰 will either turn into
a nice不错, crisp Nobel诺贝尔 Prize --
233
679845
4024
11:35
(Laughter笑声)
234
683893
1760
(观众笑声)
或者更多的数据将会填满
碰撞数据边上的空白,
11:37
Or the extra额外 data数据 will fill in
the space空间 around the bump磕碰
235
685677
2964
然后变成又一条光滑的线条。
11:40
and turn it into a nice不错, smooth光滑 line线.
236
688665
1866
11:43
So we took more data数据,
237
691515
1218
所以我们记录了更多的数据,
七个月后的数据量达到了以前的五倍,
11:44
and with five times the data数据,
several一些 months个月 later后来,
238
692757
2577
这次小小的碰撞
11:47
our little bump磕碰
239
695358
1690
变成了平稳的线条
11:49
turned转身 into a smooth光滑 line线.
240
697072
2348
11:55
The news新闻 reported报道 on a "huge巨大
disappointment失望," on "faded褪色 hopes希望,"
241
703217
3484
新闻上报道着“大失所望”,“希望破灭”,
还有粒子物理学家们“十分难过”。
11:58
and on particle粒子 physicists物理学家 "being存在 sad伤心."
242
706725
2510
在这样的基调下,
12:01
Given特定 the tone of the coverage覆盖,
243
709259
1811
你肯定会觉得我们已经决定
中断LHC试验,各回各家。
12:03
you'd think that we had decided决定
to shut关闭 down the LHCLHC and go home.
244
711094
3488
(观众笑声)
12:06
(Laughter笑声)
245
714606
1150
12:08
But that's not what we did.
246
716628
1603
但我们不是这样做的。
12:13
But why not?
247
721057
2014
可是为什么不呢?
我的意思是,如果我没有发现新的粒子
——我也确实没有发现——
12:16
I mean, if I didn't discover发现
a particle粒子 -- and I didn't --
248
724475
2845
12:20
if I didn't discover发现 a particle粒子,
why am I here talking to you?
249
728209
3029
如果我没有发现新的粒子,
那么我怎么会站在这里发表演讲?
为什么我不羞愧地低下头,
12:23
Why didn't I just hang my head in shame耻辱
250
731262
2437
12:25
and go home?
251
733723
1224
然后灰溜溜的离开呢?
12:31
Particle粒子 physicists物理学家 are explorers探险.
252
739169
3351
粒子物理学家是一群探险者。
12:35
And very much of what we do
is cartography制图.
253
743421
2952
我们工作的大部分内容是绘制图表。
12:39
Let me put it this way: forget忘记
about the LHCLHC for a second第二.
254
747468
2852
我这么解释吧:
暂时先忘掉LHC。
想象你是一个太空探险家,
正踏上一个遥远的星球
12:42
Imagine想像 you are a space空间 explorer探险者
arriving到达 at a distant遥远 planet行星,
255
750344
3382
寻找外星人。
12:45
searching搜索 for aliens外星人.
256
753750
1325
你的第一个任务是什么?
12:47
What is your first task任务?
257
755099
1522
12:49
To immediately立即 orbit轨道 the planet行星,
land土地, take a quick look around
258
757931
3076
立即围着整个星球飞一圈,
登陆,然后快速地看看周围环境,
有没有明显的生命迹象,
12:53
for any big, obvious明显 signs迹象 of life,
259
761031
1886
12:54
and report报告 back to home base基础.
260
762941
1819
然后向总部报告。
这就是我们现在所处的阶段。
12:56
That's the stage阶段 we're at now.
261
764784
1624
12:59
We took a first look at the LHCLHC
262
767269
1487
我们第一次查看LHC,
看看有没有新的,
大到无法忽视的粒子,
13:00
for any new, big,
obvious-to-spot明显与光点 particles粒子,
263
768780
2284
然后我们可以报告什么也没有。
13:03
and we can report报告 that there are none没有.
264
771088
1950
13:05
We saw a weird-looking看起来怪怪的 alien外侨 bump磕碰
on a distant遥远 mountain,
265
773631
2673
我们看见了外表奇特的外星人
出现在遥远的山上,
可是一旦我们靠近了,
看到的只有一块岩石。
13:08
but once一旦 we got closer接近,
we saw it was a rock.
266
776328
2170
13:10
But then what do we do?
Do we just give up and fly away?
267
778816
2640
然后我们又该怎么做呢?
就这样放弃然后飞回去吗?
当然不能。
13:13
Absolutely绝对 not;
268
781480
1287
13:14
we would be terrible可怕 scientists科学家们 if we did.
269
782791
2305
如果这么做了,
我们就是糟糕的科学家。
不会,我们准备花费
数十年时间来探索,
13:17
No, we spend the next下一个 couple一对
of decades几十年 exploring探索,
270
785120
3613
在地图上画出版图,
13:20
mapping制图 out the territory领土,
271
788757
1480
用最好的工具筛掉沙子,
13:22
sifting筛选 through通过 the sand
with a fine instrument仪器,
272
790261
2365
检查每一块石头,
13:24
peeking偷看 under every一切 stone,
273
792650
1458
挖掘地底深处的秘密。
13:26
drilling钻孔 under the surface表面.
274
794132
1554
13:28
New particles粒子 can either
show显示 up immediately立即
275
796106
2593
新粒子要么立刻出现,
像巨大而无法忽视的碰撞一样,
13:30
as big, obvious-to-spot明显与光点 bumps颠簸,
276
798723
2133
或者它们可以在很多年后的
数据收集过程中才出现。
13:32
or they can only reveal揭示 themselves他们自己
after years年份 of data数据 taking服用.
277
800880
3941
13:38
Humanity人性 has just begun开始 its exploration勘探
at the LHCLHC at this big high energy能源,
278
806103
4410
人类只能怀着巨大热情
从LHC里探索,
13:42
and we have much searching搜索 to do.
279
810537
1791
我们还有许多探索工作要做。
但是假设十年或是二十年后,我们
仍然发现没有新的粒子,那该怎么办呢?
13:44
But what if, even after 10 or 20 years年份,
we still find no new particles粒子?
280
812352
5825
13:51
We build建立 a bigger machine.
281
819053
1695
我们会建造一个更大的机器。
13:52
(Laughter笑声)
282
820772
1574
(观众笑声)
我们会以更高的热情去探索。
13:54
We search搜索 at higher更高 energies能量.
283
822370
1690
13:56
We search搜索 at higher更高 energies能量.
284
824476
1570
我们会以更高的热情去探索。
13:58
Planning规划 is already已经 underway进行
for a 100-kilometer-公里 tunnel隧道
285
826946
3053
计划已经开始
在100公里长的隧道里进行,
14:02
that will collide碰撞 particles粒子
at 10 times the energy能源 of the LHCLHC.
286
830612
2976
LHC将会使用十倍的能量
来进行粒子对撞。
我们不会决定自然
会把新粒子藏在哪里,
14:05
We don't decide决定 where
nature性质 places地方 new particles粒子.
287
833612
2337
14:08
We only decide决定 to keep exploring探索.
288
836366
1646
我们只决定要继续探索。
14:10
But what if, even after
a 100-kilometer-公里 tunnel隧道
289
838036
2558
但是假如用100公里长的隧道
或是500公里长的,
14:12
or a 500-kilometer-公里 tunnel隧道
290
840618
1860
甚至是10000公里长的
对撞机,都只能
14:14
or a 10,000-kilometer-公里
collider对撞机 floating漂浮的 in space空间
291
842502
2841
漂浮在地球和月球之间了,
14:17
between之间 the Earth地球 and the Moon月亮,
292
845367
1578
我们仍然没有找到新粒子
该怎么办呢?
14:18
we still find no new particles粒子?
293
846969
3062
14:23
Then perhaps也许 we're doing
particle粒子 physics物理 wrong错误.
294
851597
2694
那么也许我们研究
粒子物理的方法是错误的。
(观众笑声)
14:26
(Laughter笑声)
295
854315
1791
也许我们应该重新思考。
14:28
Perhaps也许 we need to rethink反思 things.
296
856130
1957
14:31
Maybe we need more resources资源,
technology技术, expertise专门知识
297
859127
3262
我们可能需要比我们现在拥有的
14:34
than what we currently目前 have.
298
862413
1508
更多的资源,技术和专家。
14:36
We already已经 use artificial人造 intelligence情报
and machine learning学习 techniques技术
299
864610
3341
我们已经开始在LHC的
某些部分运用人工智能
和机器学习技术。
14:39
in parts部分 of the LHCLHC,
300
867975
1153
但是想象一下
运用如此复杂的算法
14:41
but imagine想像 designing设计
a particle粒子 physics物理 experiment实验
301
869152
2406
设计一个粒子物理试验,
14:43
using运用 such这样 sophisticated复杂的 algorithms算法
302
871582
1669
让它自己去探索超维引力子的场景。
14:45
that it could teach itself本身 to discover发现
a hyperdimensional超维度 graviton引力.
303
873275
3168
但是假如可以呢?
14:48
But what if?
304
876467
1157
假如这个终极问题:
14:49
What if the ultimate最终 question:
305
877648
1445
假如连人工智能都不能
帮助我们解决问题呢?
14:51
What if even artificial人造 intelligence情报
can't help us answer回答 our questions问题?
306
879117
3473
假如这些存在了几个世纪
的开放式问题
14:54
What if these open打开 questions问题,
for centuries百年,
307
882614
2111
注定是没有答案的,
在可预见的未来也不可能被解答呢?
14:56
are destined注定 to be unanswered悬而未决
for the foreseeable可预见的 future未来?
308
884749
2669
假如从我还是个孩子的时候开始
就困扰着我的那些事情
14:59
What if the stuff东东 that's bothered困扰 me
since以来 I was a little kid孩子
309
887442
2929
注定了我一生都不可能找到答案呢?
15:02
is destined注定 to be unanswered悬而未决
in my lifetime一生?
310
890395
2523
15:06
Then that ...
311
894395
1156
那么……
15:08
will be even more fascinating迷人.
312
896282
2094
它就更令人神魂颠倒了。
15:12
We will be forced被迫 to think
in completely全然 new ways方法.
313
900144
3225
我们将会被迫从全新的角度去思考。
15:16
We'll have to go back to our assumptions假设,
314
904361
2058
我们会回到最初的设想,
来确认某处是否所有缺陷。
15:18
and determine确定 if there was
a flaw缺陷 somewhere某处.
315
906443
2339
15:21
And we'll need to encourage鼓励 more people
to join加入 us in studying研究 science科学
316
909401
3395
我们需要鼓励更多人
加入我们来进行科学研究,
我们需要用新的眼光
去看待这些世纪问题。
15:24
since以来 we need fresh新鲜 eyes眼睛
on these century-old百年老店 problems问题.
317
912820
3062
我没有答案,
我仍然在寻找答案。
15:27
I don't have the answers答案,
and I'm still searching搜索 for them.
318
915906
3134
可是某些人
——也许她现在正在学校里,
15:31
But someone有人 -- maybe
she's in school学校 right now,
319
919064
2329
也许她现在还没出生,
15:33
maybe she's not even born天生 yet然而 --
320
921417
1684
15:35
could eventually终于 guide指南 us to see physics物理
in a completely全然 new way,
321
923783
3133
——某天可以带领我们
以全新的方式去探索物理世界,
她可以指出也许
我们其实是问了错误的问题,
15:38
and to point out that perhaps也许
we're just asking the wrong错误 questions问题.
322
926940
4268
15:44
Which哪一个 would not be the end结束 of physics物理,
323
932112
2410
导致我们不可能找到
物理上的正确答案,
反而能写出一部虚构小说。
15:46
but a novel小说 beginning开始.
324
934546
1406
15:49
Thank you.
325
937204
1150
谢谢大家。
(观众掌声)
15:50
(Applause掌声)
326
938378
2541
Translated by Lipeng Chen
Reviewed by Chen Zou

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ABOUT THE SPEAKER
James Beacham - Experimental particle physicist
James Beacham is an experimental high-energy particle physicist working with the ATLAS collaboration at CERN's Large Hadron Collider.

Why you should listen

As part of the ATLAS collaboration at CERN's Large Hadron Collider, one of the teams that discovered the Higgs boson in 2012, James Beacham is on the hunt for evidence of new particles -- dark photons, gravitons, dark matter and exotic Higgs bosons among them.

Previously, Beacham was part of a small team of researchers who, in 2009, searched for the Higgs boson in an unlikely place: data taken by the ALEPH experiment at CERN's Large Electron-Positron collider, nine years after it had stopped running. He has also worked with the APEX collaboration, a groundbreaking search for dark photons using existing particle physics facilities designed for very different purposes.

Beacham completed his PhD at New York University in 2014 and is currently a post-doctoral researcher with the ATLAS experiment group of the Ohio State University. He has been a guest on NPR's "Science Friday," participated in documentaries on the BBC and the Discovery Channel and talked particle physics with the New York Times and WIRED.

In addition to his ongoing research, Beacham is dedicated to making particle physics accessible to all. He has communicated science to the public with Symmetry Magazine, US/LHC, the Science Museum in London, the Institute of Physics, the World Science Fair and on the Web.

In 2015, Beacham organized Ex/Noise/CERN, a project colliding particle physics with experimental music to celebrate the LHC’s switch on to 13 trillion electron volts.

More profile about the speaker
James Beacham | Speaker | TED.com