“物理學(xué)家看了電視劇《三體》，驚訝地發(fā)現(xiàn)電視劇中的科學(xué)實(shí)驗(yàn)非常熟悉、親切，原來(lái)電視劇中的粒子加速器是真實(shí)存在的！”
撰寫(xiě)者|秦念
（資料圖片僅供參考）
《三體》的科學(xué)家楊東恰好是我的同事。我是原北京光譜儀國(guó)際合作組成員，從事粒子物理方面的實(shí)驗(yàn)研究。
電視劇第一集就提到了楊東在良鄉(xiāng)加速器進(jìn)行的粒子物理實(shí)驗(yàn)。電視劇中的粒子物理實(shí)驗(yàn)非常真實(shí)貼切，因?yàn)殡娨晞≈械膶?shí)驗(yàn)是在現(xiàn)實(shí)世界的北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室拍攝的?？吹贸鰜?lái)，電視劇非常用心，細(xì)節(jié)十足。深受好評(píng)！
電視劇一出來(lái)，我們粒子物理微信群里就已經(jīng)有人發(fā)截圖了。劇中涉及粒子物理實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)景讓人感覺(jué)很熟悉，也很親切。
電視劇截圖：楊東與良翔加速器合照
乍一看確實(shí)如此。電視劇中的“良鄉(xiāng)加速器”就是現(xiàn)實(shí)中的北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，位于北京市石景山區(qū)玉泉路19號(hào)中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所。
北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)于1989年建成，2008年進(jìn)行升級(jí)改造，成為在迷人的物理能量區(qū)域工作最好的加速器，并迫使美國(guó)CLEO-c破產(chǎn)。目前中國(guó)在魅力物理領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位，研究魅力物理的各國(guó)科學(xué)家?guī)缀醵季奂谥袊?guó)。
現(xiàn)實(shí)世界：北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的直線(xiàn)加速器部分
電視劇截圖：王淼拍良翔加速器照片
電視劇中，王淼參觀(guān)了良鄉(xiāng)加速器，并拍攝了加速器的照片。上面的電視劇截圖其實(shí)就是北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的儲(chǔ)存環(huán)，就是王淼面前那個(gè)用銅線(xiàn)包裹的管子。儲(chǔ)存環(huán)內(nèi)部是高速移動(dòng)的粒子。
北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的存儲(chǔ)環(huán)為雙環(huán)結(jié)構(gòu)，即有兩個(gè)存儲(chǔ)環(huán)，一環(huán)含有高速運(yùn)動(dòng)的電子，另一環(huán)含有電子的反物質(zhì)——個(gè)正電子。
在上面的靜態(tài)圖片中，王淼面對(duì)著一個(gè)藍(lán)色的金屬外殼，里面有四個(gè)白色的物體。它們是4 級(jí)磁鐵。 4級(jí)磁鐵可以用來(lái)聚焦電子，就像凸透鏡可以聚焦光一樣，4級(jí)磁鐵可以聚焦電子和正電子。
現(xiàn)實(shí)世界：北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的存儲(chǔ)環(huán)和磁體結(jié)構(gòu)（本人拍攝）
電視劇中，王淼站在兩個(gè)巨大的環(huán)形結(jié)構(gòu)之間，抬頭仰望。這些不是加速器部件，而是探測(cè)器部件，而且是拆卸下來(lái)的正在維修的探測(cè)器。
運(yùn)行時(shí)，下圖左邊的大東西需要插入右邊的洞里_。
電視劇截圖：王淼站在巨大探測(cè)器中間
如果只有良翔加速器的話(huà)，楊東是無(wú)法得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的。它肯定有配套的探測(cè)器，這就是王淼在上圖中看到的巨大機(jī)器。對(duì)撞機(jī)和探測(cè)器是不同的東西：對(duì)撞機(jī)只負(fù)責(zé)加速粒子并使它們碰撞產(chǎn)生二次粒子；探測(cè)器負(fù)責(zé)觀(guān)察產(chǎn)生的二次粒子，收集二次粒子的數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在服務(wù)器上。然后科學(xué)家對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理以獲得圖像。
不過(guò)，王淼看到的良鄉(xiāng)探測(cè)器很可能不是配套北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的北京譜儀探測(cè)器。我不確定，因?yàn)槲疫€沒(méi)有機(jī)會(huì)看到北京光譜儀處于維修狀態(tài)。我覺(jué)得劇中的探測(cè)器看起來(lái)很像CERN大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上的探測(cè)器，如下圖所示。 （小編：劇中的探測(cè)器確實(shí)不是北京光譜儀探測(cè)器）
現(xiàn)實(shí)世界：歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上的探測(cè)器和電視劇里的探測(cè)器和這張圖一模一樣
真實(shí)世界：北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的北京攝譜探測(cè)器
楊東實(shí)驗(yàn)報(bào)告V.S.北京光譜儀II運(yùn)行狀況報(bào)告
電視劇中，楊東手握良翔加速器獲得的粒子物理實(shí)驗(yàn)成果。她手里的報(bào)告是真實(shí)的，那就是北京光譜儀二號(hào)的運(yùn)行狀態(tài)報(bào)告。
電視劇截圖：楊東手中的粒子物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告
楊東手里的報(bào)告標(biāo)題，如上圖所示，我用紅色圈出的部分是“BES-II Run Status Report”，也就是“北京光譜儀II運(yùn)行狀態(tài)報(bào)告”。您甚至可以在右側(cè)紅圈中看到正確的報(bào)告。電子的能量為1855.464MeV，能量色散為2365keV。實(shí)驗(yàn)報(bào)告日期為2006年8月2日。
報(bào)告下半部分是加速器內(nèi)正電子和正電子束流強(qiáng)度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)。曲線(xiàn)變高是因?yàn)殡娮雍驼娮颖蛔⑷爰铀倨?，曲線(xiàn)變低是因?yàn)殡娮雍驼娮优鲎膊⑶沂鲝?qiáng)度降低。
現(xiàn)實(shí)世界：北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。 2023年1月9日喜訊，我司北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)對(duì)撞亮度達(dá)到破紀(jì)錄的1x1033
楊東在粒子物理實(shí)驗(yàn)室V.S.值班北京光譜儀值班室
從電視劇來(lái)看，楊東正在良鄉(xiāng)加速器實(shí)驗(yàn)室值班。電視劇中還展示了粒子對(duì)撞機(jī)上粒子碰撞的實(shí)時(shí)重建模擬圖。這也是真實(shí)的。
電視劇截圖：良翔加速器實(shí)驗(yàn)室粒子碰撞實(shí)時(shí)重建模擬示意圖
在真實(shí)的北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)中，電子和正電子碰撞后會(huì)產(chǎn)生新的粒子。這些粒子在飛行過(guò)程中被北京光譜儀探測(cè)器捕獲。經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)處理后，可以在值班室的計(jì)算機(jī)屏幕上重建。探測(cè)器中粒子的飛行路徑，就像電視劇中一樣，如上圖所示。
真實(shí)世界：北京光譜儀值班室屏幕上顯示的粒子飛行路徑圖（本人拍攝）
電視劇中，楊東在良鄉(xiāng)加速器的值班室里面對(duì)著許多電腦屏幕。屏幕上是各種粒子物理實(shí)驗(yàn)圖表和數(shù)據(jù)。這些都是真實(shí)的。
電視劇中的這些圖表顯然來(lái)自北京光譜儀值班室。
電視劇截圖：楊東在良鄉(xiāng)加速器值班室值班，面對(duì)眾多電腦屏幕，實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)。
我作證，楊東值班時(shí)，電腦屏幕上顯示的圖表和數(shù)據(jù)是真實(shí)的粒子物理實(shí)驗(yàn)?？次遗牡谋本┕庾V儀值班室的照片，如下：
現(xiàn)實(shí)世界：北京光譜儀值班室（本人拍攝）。這是我當(dāng)值班長(zhǎng)時(shí)拍的。圖中的人是我的值班伙伴。我們躺在葛優(yōu)的床上
現(xiàn)實(shí)世界：北京光譜儀值班室（本人拍攝）
Yang Dong V.S. 獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果真實(shí)J/ 質(zhì)譜
電視劇中，楊冬通過(guò)傳真機(jī)將良香加速器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)送給她的外籍導(dǎo)師科學(xué)家。外國(guó)科學(xué)家從傳真機(jī)上看到了實(shí)驗(yàn)圖，沉宇飛其實(shí)是提前知道結(jié)果的。后來(lái)這位外國(guó)科學(xué)家絕望地自殺了。
小說(shuō)中，人類(lèi)粒子物理實(shí)驗(yàn)受到了三體“智子”的干擾。地球上的粒子物理實(shí)驗(yàn)無(wú)法產(chǎn)生常規(guī)結(jié)果，導(dǎo)致許多物理學(xué)家對(duì)物理絕望并自殺。
電視劇截圖：外國(guó)科學(xué)家通過(guò)傳真機(jī)收到楊東的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
電視劇截圖：如果放大圖片，可以看到這是J/粒子的質(zhì)譜。
評(píng)論區(qū)的朋友提醒，雖然上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不真實(shí)，但電視劇確實(shí)很用心注重細(xì)節(jié)。根據(jù)上圖中的信息，這是J/粒子衰變?yōu)殡娮觘和子（J/e）的質(zhì)譜。這是一個(gè)直方圖。圖中橫坐標(biāo)是電子和子的恒定質(zhì)量，縱坐標(biāo)是事例數(shù)。該曲線(xiàn)在3.1GeV 附近有一個(gè)凸“峰”，對(duì)應(yīng)于J/ 粒子。質(zhì)量3.097GeV。
事實(shí)上，劉謙教授是一位真正的粒子物理學(xué)家，他是電視劇《三體》的科學(xué)顧問(wèn)之一（電視劇最后的片尾字幕里有劉謙教授的名字）。據(jù)他介紹，電視劇請(qǐng)他幫忙制作這個(gè)衰變通道的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。要求實(shí)驗(yàn)結(jié)果必須非常異常，非常干凈，沒(méi)有太多背景，并且能夠快速得出結(jié)果。于是劉老師給劇組提供了(J/e)的衰減。這是一種罕見(jiàn)的衰變，違反了輕子數(shù)守恒定律。它發(fā)生的概率不可能這么高，也不可能有這么干凈的結(jié)果。如果在現(xiàn)實(shí)世界中觀(guān)察這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)讓科學(xué)家們發(fā)瘋的話(huà)。
但并不是我瘋狂到想死，而是我很高興——居然能夠觀(guān)察到違反物理定律的新現(xiàn)象。多么偉大的發(fā)現(xiàn)啊，我可以發(fā)表一篇好文章了！
順便說(shuō)一下，J/粒子是由美籍華裔科學(xué)家丁肇中于1974年發(fā)現(xiàn)的，并因此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
現(xiàn)實(shí)世界：丁肇中某報(bào)道（本人攝）
當(dāng)然，正如前面所說(shuō)，現(xiàn)實(shí)世界的科學(xué)家絕對(duì)不會(huì)因?yàn)榭吹絁/粒子的質(zhì)譜而感到困惑。因?yàn)殡娨晞≈械膶?shí)驗(yàn)效果非常好，曲線(xiàn)優(yōu)美、完美?？梢钥吹綌M合函數(shù)（圖中Total Fit）和數(shù)據(jù)（圖中Data）的分布非常一致。如此漂亮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而且還是違反粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的偉大發(fā)現(xiàn)，值得慶祝。為什么你就不能想一想.
我剛看了第一集，非常過(guò)癮。電視劇中的粒子物理實(shí)驗(yàn)完美無(wú)缺，細(xì)節(jié)豐富。電視劇確實(shí)是經(jīng)過(guò)精心打磨的。小說(shuō)我看了好幾遍，能感覺(jué)到劇情和原著很接近。很多臺(tái)詞都來(lái)自小說(shuō)的原文。電視劇中的科學(xué)家和科學(xué)實(shí)驗(yàn)也有一種現(xiàn)實(shí)感和誠(chéng)意。
我們粒子物理微信群里的很多朋友都在追劇?？梢哉f(shuō)，《三體》電視劇確實(shí)引起了物理學(xué)家的關(guān)注，贏(yíng)得了科學(xué)家同行的認(rèn)可。
本文經(jīng)微信公眾號(hào)“中國(guó)科學(xué)院高能研究所”許可轉(zhuǎn)載。
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