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宇宙前沿

旗舰项目开启了魏茨曼迈向物理学未来的征程

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特性

日期: 2020年11月9日

宇宙是一切,从最小的亚原子粒子到最大的星系,再到空间、时间和生命本身的存在。但这一切是如何开始的,原始事件是如何导致宇宙的形状和内容的?这些是魏茨曼科学研究所一项名为“宇宙前沿”的新旗舰计划背后的基本科学问题。yabo怎么下载

前沿项目旨在利用研究所在粒子物理学和天体物理学研究方面的专业知识——研究发生在无限小距离上的现象,在最大范围内——将创建一个强大的、综合的框架来解决与宇宙学有关的谜团,宇宙学是探索宇宙古老起源的科学分支。与此同时,它将产生新的方法来表征物理学,因为它在尺度的两端发挥作用——从将原子与其最近的邻居分开的量子距离,到不可思议的外层空间。

基于魏茨曼研究所在物理系统研究方面公认的全球领导地位——无论是非常大的系统还是非常小的系统——“前沿”计划将被放置在一座新大楼里,预计将产生一个前所未有的、宽镜头的宇宙曾经在哪里,它将去哪里,以及如何。

该计划将包括多个研究分中心,这些分中心将支持开发新方法和技术所需的一系列调查,以推进天体物理学、粒子物理学和将其结合在一起的物理理论。

万物的历史(和科学)

纵观历史,不同的文化提出了关于宇宙起源的基本神话。然而,在现代科学界,这场争论已经被大爆炸理论解决了。大爆炸理论巧妙地概括了宇宙的生命故事,也解释了基本粒子的起源,这些基本粒子是我们所知道的一切事物的来源,同时也解释了无数我们还不知道的事物。

根据大爆炸理论,宇宙在大约140亿年前开始,是一个难以想象的热和密集的地方,突然爆炸,然后膨胀和冷却。在这些较冷的条件下,亚原子粒子融合,产生了第一批简单的化学元素,并最终形成了形成星系的原子云。在这些星系内部,引力使原子云合并,形成恒星。这些新恒星巨大的内部热量推动了核反应,形成了宇宙中几乎所有剩余的元素。最后,这些恒星会爆炸,喷射出的元素会成为构成行星、卫星和包括人类在内的各种有机生命形式的基石。

ULTRASAT

夜空是一扇通往遥远过去的窗户,有一些短暂的事件,比如恒星的碰撞和爆炸——在地球上肉眼是看不见的——它们是数十亿年前发生的天体事件的短暂见证。宇宙前沿计划的核心组成部分将是ULTRASAT卫星,这是一颗由魏茨曼物理学家Eli Waxman教授和Avishay gale - yam教授设计的卫星,它将帮助世界天体物理界捕捉和“读取”隐藏在短暂的宇宙事件中的信息,在它们消失之前。通过促进我们对宇宙起源和发展的理解,ULTRASAT项目有望将以色列置于世界天体物理学研究和发现的前沿。

ULTRASAT配备了一个望远镜,用于观测以前从未观测过的宇宙,它将是一颗小型且相对便宜的卫星,专注于紫外线(UV)发射,并捕捉到前所未有的广阔夜空的图像。它将实时收集和传输它收集的数据,提醒世界天体物理学界将他们的陆基望远镜指向可能被忽视的短暂事件。

ULTRASAT将能够探测和测量恒星爆炸和其他现象发生几分钟后产生的紫外线辐射,而不是目前望远镜系统所需的几天或几周。它的持续观测有望产生“发现率”——天体事件被发现的比率——比今天的技术高出300倍。它传输到地球的数据将在校园的一个新项目中心进行分析。

对ULTRASAT任务数据的分析有望帮助回答一些天体物理学最重要的问题:恒星是如何合并并发射引力波的?超大质量黑洞如何影响空间的“结构”?恒星是如何爆炸的?宇宙重元素背后的诞生故事是什么?宇宙膨胀的速度有多快?哪些恒星最有可能拥有能够维持生命的行星?

此次任务的正式启动仪式在校园内举行,庆祝魏茨曼研究所、以色列航天局和德国研究中心亥姆霍兹协会签署联合协议。欧洲航天局(European Space Agency)以及美国宇航局(NASA)将提供额外的合作支持,后者已同意帮助推进计划于2023年发射的卫星。

增加天体物理学工具箱

魏茨曼研究所的天体物理学家正在贡献其他新方法和技术,以提高我们对外层空间的理解。例如,最近的新教员Sagi Ben-Ami博士正在开发一种探测“生物特征”的新方法,这种物质可以为太阳系外行星上过去或现在的生命提供科学证据。利用这种方法,他计划绘制和监测大约20万颗恒星的地图,并缩小有行星环绕的恒星的范围,这些行星的大气层能够支持生命。

Eran ofek教授是ULTRASAT团队的另一位关键成员,他是一位技术创新者,他建造了一种新型望远镜,能够捕捉彗星在地球和遥远恒星之间穿过时发生的光的“变暗”。这些进展,以及其他类似的进展,将帮助魏茨曼研究所的科学家填补宇宙的“大图景”。

阿特拉斯的领导人

欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(Large Hadron Collider)是世界上最强大的粒子加速器,它比外太空更冷,但却能以比太阳高100万倍的能量将粒子碰撞在一起。LHC是迄今为止建造的最大的机器,位于法国和瑞士边境地下100米(328英尺)长27公里(19英里)的圆形隧道中。大型强子对撞机的任务既简单又雄心勃勃:在物理学标准模型(我们所拥有的描述宇宙基本构件的最佳理论)内外找到“缺失的部分”。

魏茨曼研究所的科学家是大型强子对撞机四大基石之一的国际合作组织ATLAS的杰出领导者。7000吨的ATLAS探测器是迄今为止为粒子加速器建造的最大的探测器,旨在探测和记录粒子碰撞时的轨迹、动量和能量。ATLAS探测器每秒发生超过4000万次碰撞,产生大量数据,由全球130个计算中心进行分析。

魏茨曼研究所粒子物理和天体物理系成员。Shikma Bressler、Ehud Duchovni教授、Eilam Gross教授以及最近招募的教员Noam Tal hod博士都参与了ATLAS探测器最大子系统的设计、建造、管理和运行,该子系统实际上是在魏茨曼研究所校园内建造的。魏茨曼科学家还为欧洲核子研究中心迄今为止最引人注目的发现做出了重大贡献:一个被称为希格斯玻色子的长期预测的粒子科学难题。这种基本粒子是在检验标准模型准确性的过程中最后一个被隐藏的粒子,它证实了希格斯场能的存在,这种场能被认为存在于宇宙中任何地方,这对于解释为什么某些粒子而不是其他粒子具有质量特性是必要的。

中微子物理学的新探测器

ATLAS团队成员Shikma Bressler博士为粒子物理的未来实验开发技术。她最近发明了一种新设备,可能会改善粒子加速器探测器识别中微子的方式,中微子是一种几乎没有质量的亚原子粒子,很少与正常物质相互作用。布雷斯勒博士的设备可能会为量子世界研究中悬而未决的问题提供一个解决方案。

这项技术和其他来自魏茨曼研究所实验室的技术进步,可能有助于粒子物理学家揭示支配粒子如何结合创造我们所知道的一切的定律。作为宇宙前沿计划的一部分,这样的科学活动——与天体物理学研究相结合——将在各个尺度上描绘出一幅关于世界如何运转的新图景。

理论引领道路

太空任务和粒子加速器是昂贵的——这是轻描淡写的说法。然而,在理论物理领域,只要把最聪明的人聚在一起喝杯咖啡,聊几句话,就能取得巨大的进步。这就是Schwartz/Reisman理论物理研究所(SRitp)背后的“商业模式”,它将补充“宇宙前沿”计划。

由多伦多的Gerald Schwartz和Heather Reisman捐赠建立的SRitp有三个任务:突出魏茨曼研究所卓越的理论物理工作,吸引世界领先的理论家到校园,并建立个人联系,可以导致富有成效的国际合作。

遵循少数其他理论物理研究所建立的成功模型,最著名的是加州大学圣巴巴拉分校,包括德国的约翰内斯·古登堡大学美因茨分校,sritp赞助了专注于新兴问题的研讨会,包括最近专门讨论量子物理学、流体力学和所谓的快速射电暴(frb)——来自深空的瞬态脉冲。无论是什么主题,这样的讨论有助于弥合科学世界观之间的差距,使我们更接近对世界物理定律的全面理解。

Sagi Ben-Ami博士的研究得到了Norman E Alexander Family M基金会的支持;André德洛罗空间和光学高级研究所;彼得和帕特里夏·格鲁伯奖;威尔纳家庭领导学院的魏茨曼科学研究所yabo怎么下载

Shikma Bressler博士的研究得到了Charles Clore爵士奖的支持;马丁·库什纳·施纳;耶达-塞拉基础研究中心;Schwartz/Reisman合作科学计划;巴里·谢尔曼药物化学研究所;Dianne and Irving Kipnes基金会,Carolyn Hewitt and Anne Christopoulos纪念Sam Switzer;Sam (Ousher) Switzer & Children;耶达-塞拉基础研究中心;欧洲研究理事会

Ehud Duchovni教授的研究得到了Nella and Leon Benoziyo高能物理中心的支持;Duchovni教授现任Wolfgang Gentner教授核物理学主席

Avishay Gal-Yam教授的研究得到了Benoziyo科学发展捐赠基金的支持;André德洛罗空间和光学高级研究所;Veronika A. Rabl物理自由支配基金;Schwartz/Reisman合作科学计划;欧洲研究理事会

Eilam Gross的研究得到了Nella和Leon Benoziyo高能物理中心的支持

Yohai Kaspi教授的研究得到了de Botton海洋科学中心的支持;André德洛罗空间和光学高级研究所;海伦·坎摩尔行星科学中心;Schwartz/Reisman理论物理研究所

Eran Ofek教授的研究得到了Norman E Alexander Family M Foundation的支持;André德洛罗空间和光学高级研究所;Schwartz/Reisman合作科学计划;威尔纳家庭领导学院的魏茨曼科学研究所yabo怎么下载

Eli Waxman教授的研究得到了Ety和David Alcalay的支持Ș Norman E Alexander Family M Foundation;内拉莱昂贝诺济约天体物理中心;Schwartz/Reisman合作科学计划;施瓦兹/赖斯曼理论物理研究所;魏茨曼科学研究所威尔纳家庭领导研究所;yabo怎么下载韦克斯曼教授现任马克斯·普朗克量子物理学教授

ULTRASAT支持者Norman E Alexander Family M基金会;Ety和David Alcalay

MYS建筑事务所的建筑设计

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