2011年9月,在有那么几天时间里,微中子成为全球最重要的新闻。名不见经传的意大利格兰萨索国家实验室做出一项惊人声明———亚原子微粒中微子的速度可超过光速。根据爱因斯坦狭义相对论,光速是宇宙速度的极限,没有任何物质可以超越光速。这一可能震撼物理学根基的结果,瞬时在整个学界掀起狂波巨澜,亦招致世界上相当数量的物理学家的质疑。2012年,德国巴伐利亚费米实验室的M IN O S(注入器中微子振荡搜寻)实验和日本T 2K中微子振荡实验都将试图证实这一声明究竟是否站得住脚。T2K实验有来自12个国家的500名研究人员参与。由位于日本东海县的加速器将质子加速产生中微子,并将束流对准295公里外的超级神冈探测器。实验自2010年1月开始运行。由于3月份日本大地震,加速器设施遭到破坏,被迫停止运行。如果结果证明,中微子的速度果然超过光速,那么要如何将这些淘气的微粒纳入物理学?
在2012年,欧洲核子中心的大型强子对撞机(LH C )将改变我们对宇宙的观点。它的实验将证实希格斯玻色子究竟是否存在,当结果公布时,必将成为轰动世界的新闻。
先有必要来谈一谈L H C。它最初是作为一个纯欧洲计划而诞生,最终演变成世界性的研究工具,在欧洲建造,得到来自全球的资金和技术支援。L H C向人们展示了,当来自不同文化的人为了一个共同目标携手合作,可以取得什么样的成就。自登月计划以来,还从未有科学项目像L H C一样引起如此强烈的社会反响。可以公正地说,L H C是我们这个时代最成功的国际科研项目,这正是值得借鉴的地方。L H C的母实验室为欧洲核子研究中心,从成立之初它就是一个国际性组织,管理机制成熟,允许非中心成员国家投资参与其项目。随着其他科研领域也走向国际化,如 果参考欧核中心的模式将令它们受益匪浅。
回到希格斯玻色子(又叫希格斯粒子或希格斯子)话题。寻找这种神秘的粒子是一项艰巨挑战。想象在一群野马跑过之后,试图找到一头斑马留下的足 迹,你大概可以理解希格斯玻色子猎人们所面对的挑战。搜寻工作一度似乎已经终结。12月13日,L H C实验小组报告发现希格斯玻色子的踪迹。2012年,欧核中心将发布大量L H C实验数据,它们将证实这些“踪迹”是否可靠。
但是,收集数据仅仅是痛苦的粒子发现工作的开始。希格斯玻色子并不能直接检测,而是通过它衰变后的产物,比如一对光子或是Z玻色子。但是,其他 的微粒,比如夸克也能够形成类似衰变产物。这个喧闹的“背景”可能淹没希格斯玻色子的信号。L H C研究团队成员威斯康辛大学的布鲁斯·梅拉多说,“背景噪音是搜巡希格斯玻色子的致命弱点。”
当然,最优秀的运动员也拥有恰当的基因。优秀短跑选手或跳远运动员可能拥有某种形式的ACTN 3基因,这让他们拥有更多的快肌———短时爆发力和速度型运动需要的肌肉。耐力型运动员通常拥有一种N R F2基因,使得他们拥有最佳的最大摄氧量———人体在进行有大量肌肉群参加的长时间剧烈运动中,当心肺功能和肌肉利用氧的能力达到本人的极限水平量,单位 时间内所能摄取的氧量。它的意义在于反映人体最大有氧代谢能力,反映心肺功能的转运能力和肌肉对氧的吸收、利用能力。
直到今天,我们对脑的认识主要依靠观察局部脑区域受伤的病人,或是依靠核磁共振成像(M R I)等脑扫描技术,通过这两种方式可以判断不同脑区域的功能,但无法得知它们的相互关系。不了解这些不同区域的互动就好像在不知道电线通往何方的情况下试图了解一个电话网络。
“如果不知道哪个区域和其他哪些区域相连,那么你将缺失大量信息,”牛津大学的提姆·贝伦斯说。他是H CP(H um anConnectom e Project,人脑连接组项目)的成员。这个科学项目的目标是绘制出1200个人脑的主要神经连接图谱,预计2012年末将可以看到初步结果。
人脑拥有上千亿个神经元,每个神经元有约1万个连接,因此绘制人脑图谱将不是一件轻松的工作。标注下每个神经元的连接可能需要几十年。H C P将从最容易摘取的果实下手:标注不同脑区域之间的主要高速路,了解不同个体之间这些“道路”的差异。工作人员将结合多种成像工具,比如一种工具叫扩散 MR I,它可以观测脑白质(相当于脑的“线路”绝缘体)结构。还有一种工具叫静息态M R I,可测量大脑不同区域如何通过共同的连接协调工作。