×

Usamos cookies para ayudar a mejorar LingQ. Al visitar este sitio, aceptas nuestras politicas de cookie.

Start learning this lesson now
image

Big Think Science, What’s Dark Matter? And Other Physics Mysteries

What's Dark Matter? And Other Physics Mysteries

{Question: What do particle physicists do on a day-to-day basis?}

Lisa Randall: So, particle physicists, we're trying to understand the substructure of matter; what's really out there, what's at the core of matter, how it interacts, what are the fundamental forces. And as you go to deeper and deeper scales you learn different things. So the sort of two-pronged approach, we have some very theoretical work that goes on and some very experimentally oriented work. We're trying to see what we can find out at the collider that will turn on again next week, we hope. The collider that will be running for the next couple of years, the Large Hadron Collider, that will collide together protons of high energy and tell us what's out there. We also try to combine it together with theoretical ideas we've been working on. Some of them generated from more high energy theoretical ideas beyond what we can see with experiment and we're trying to put those together.

On a day-to-day basis, we could be thinking about many different things. We could be thinking about what the experiments will do. We could be thinking about the theoretical idea of how they fit together, doing the calculations to see what the consequences of some ideas, which we call models, would be. There might be some speculations or hypotheses for what's out there and we try to derive what the consequences would be and test whether those ideas work, test these ideas that might synthesize the various phenomena that we've observed, but we don't yet understand.

{Question: What insights do you hope the LHC will yield?}

Lisa Randall: So, the LHC stands for Large Hadron Collider. It's large; it's 27 kilometers in circumference. It's a big tunnel where two beams of protons will circulate around it and then collide at various points within the tunnel. When it collides, it will collide together at high energy, about seven times the energy of the highest energy collider we have yet had on earth. And when it does that, the idea is for the mass of the particles converts into energy.

The energy that's created in the collision can then convert into new particles. Those particles can have heavier mass than anything that's been created before, E=MC2, so having bigger energy means that we can create particles that have bigger mass. It also will have what's called high luminosity, which is to say, there's a high collision rate. So the hope is that by having these new parameters, this high rate of collision, these high energies, we'll be able to study matter in ways we haven't been able to study it before.

In the process, we want to understand the answers to questions like; where do the masses of fundamental particle come from? That might sound like an odd question since mass seems like an intrinsic property to matter, but it turns out that in the simplest versions of the theories you've , particles don't have mass. And we know that it's actually only possible for particles to have mass because of something like a phase transition that happened universe, something called the Higgs Mechanism, named after the physicist, Peter Higgs, who thought of it. And the idea is that particles at high energy might seem not to have mass, but at low energies they do. And the question is; how did that come about? If it's a simple Higgs Mechanism implementation, we'll spy something called the Higgs Boson. It's a particle that tells us that this is really what happens and really puts it all together.

The standard model works to an incredibly high degree of precision. We believe that it's right. The standard model of particle physics tells us what are the basic elements of matter? What are the forces through which they interact? It's been tested to a high degree of precision. But it doesn't answer questions like; where do the particle masses come from, the elementary particle masses come from? And the other question it doesn't answer is; why are those masses about the scale that they are? Why aren't those masses much bigger? That has to do with something what we call the hierarchy problem of particle physics, which is connected to the question of why gravity is so weak. And those are the types of questions we hope to answer at the LHC.

If we're really lucky, we might also get some insight into dark matter. The matter that doesn't emit light that we know is out there in the universe. So, there's a number of questions that we hope the LHC might help us answer.

{Question: What is dark matter?}

Lisa Randall: As far as dark matter goes, we could be lucky in the sense that it seems that if you look at just the amount of dark matter that's out there in the universe, we can figure out what is called the relic density is given a sort of type of interaction. That is to say, how much stuff should be left over now that the universe is big and cool. And it turns out that if particles had mass about the scale it's going to be probed at the LHC, the Large Hadron Collider, that it turns out to have about the right relic density. Now, this might be just a coincidence, or it might be something deep and fundamental telling us that the Large Hadron Collider might actually be able to produce the dark matter particle. It might not produce it directly, but it could produce something that decays into the dark matter particles. So there is some hope that by probing this energy, that the LHC will study, we can learn something about dark matter.

Recorded on February 17, 2010

What’s Dark Matter? And Other Physics Mysteries ما هي المادة المظلمة؟ وألغاز فيزيائية أخرى Was ist Dunkle Materie? Und andere Geheimnisse der Physik What's Dark Matter? And Other Physics Mysteries ¿Qué es la materia oscura? Y otros misterios de la física Qu'est-ce que la matière noire ? Et autres mystères de la physique 暗黒物質とは何ですか？およびその他の物理学の謎 암흑 물질이란 무엇인가요? 그리고 다른 물리학의 미스터리 Kas yra tamsioji medžiaga? Ir kitos fizikos paslaptys Czym jest ciemna materia? I inne tajemnice fizyki O que é Matéria Escura? E outros mistérios da física Что такое темная материя? И другие загадки физики Karanlık Madde Nedir? Ve Diğer Fizik Gizemleri Що таке темна матерія? Та інші загадки фізики 什么是暗物质？和其他物理之谜 什麼是暗物質？和其他物理奧秘

{Question: What do particle physicists do on a day-to-day basis?} {سؤال: ماذا يفعل فيزيائيو الجسيمات على أساس يومي؟} {Frage: Was machen Teilchenphysiker im Alltag?} {質問：素粒子物理学者は日常的に何をしていますか？} {Pergunta: O que os físicos de partículas fazem no dia a dia?} {Вопрос: Чем занимаются физики элементарных частиц изо дня в день?}

Lisa Randall: So, particle physicists, we’re trying to understand the substructure of matter; what’s really out there, what’s at the core of matter, how it interacts, what are the fundamental forces. Lisa Randall: Así pues, los físicos de partículas intentamos comprender la subestructura de la materia; qué hay realmente ahí fuera, qué hay en el núcleo de la materia, cómo interactúa, cuáles son las fuerzas fundamentales. リサ・ランドール：それで、素粒子物理学者、私たちは物質の下部構造を理解しようとしています。本当にそこにあるもの、物質の核心にあるもの、それがどのように相互作用するか、基本的な力は何ですか。 Lisa Randall: Então, físicos de partículas, estamos tentando entender a subestrutura da matéria; o que realmente existe, o que está no cerne da matéria, como ela interage, quais são as forças fundamentais. Лиза Рэндалл: Итак, физики элементарных частиц, мы пытаемся понять субструктуру материи; что там на самом деле, что лежит в основе материи, как она взаимодействует, каковы фундаментальные силы. Ліза Рендалл: Отже, фізики елементарних частинок, ми намагаємося зрозуміти субструктуру матерії; що там насправді, що лежить в основі матерії, як вона взаємодіє, які фундаментальні сили. And as you go to deeper and deeper scales you learn different things. Y a medida que vas a escalas cada vez más profundas aprendes cosas diferentes. そして、あなたがより深く、より深いスケールに行くにつれて、あなたは異なることを学びます。 E conforme você vai para escalas cada vez mais profundas, você aprende coisas diferentes. И по мере того, как вы идете все глубже и глубже, вы узнаете разные вещи. So the sort of two-pronged approach, we have some very theoretical work that goes on and some very experimentally oriented work. Así que el enfoque tiene dos vertientes: la teórica y la experimental. つまり、一種の2つのアプローチであり、非常に理論的な作業が行われ、非常に実験的な作業が行われています。 Assim, o tipo de abordagem em duas frentes, temos algum trabalho muito teórico que continua e algum trabalho muito orientado experimentalmente. Так что это своего рода двусторонний подход, у нас есть некоторые очень теоретические работы, которые ведутся, и некоторые очень экспериментально ориентированные работы. Таким чином, у нас є двосторонній підхід, у нас є дуже теоретична робота, яка триває, і деяка дуже експериментально орієнтована робота. We’re trying to see what we can find out at the collider that will turn on again next week, we hope. 私たちは来週再びオンになるコライダーで何を見つけることができるかを見ようとしています、私たちは願っています。 Estamos tentando ver o que podemos descobrir no colisor que vai ligar novamente na próxima semana, esperamos. Мы надеемся, что мы пытаемся посмотреть, что мы можем узнать на коллайдере, который снова включится на следующей неделе. The collider that will be running for the next couple of years, the Large Hadron Collider, that will collide together protons of high energy and tell us what’s out there. The collider that will be running for the next couple of years, the Large Hadron Collider, that will collide together protons of high energy and tell us what's out there. El colisionador que funcionará durante los próximos dos años, el Gran Colisionador de Hadrones, que hará colisionar protones de alta energía y nos dirá qué hay ahí fuera. 今後数年間稼働する大型ハドロン衝突型加速器は、高エネルギーの陽子を衝突させ、そこに何があるかを教えてくれます。 O colisor que estará funcionando nos próximos anos, o Grande Colisor de Hádrons, que colidirá prótons de alta energia e nos dirá o que há lá fora. Коллайдер, который будет работать в течение следующих нескольких лет, Большой адронный коллайдер, будет сталкивать протоны высоких энергий и сообщать нам, что там находится. We also try to combine it together with theoretical ideas we’ve been working on. また、これまで取り組んできた理論的アイデアと組み合わせることも試みています。 Também tentamos combiná-lo com ideias teóricas nas quais estamos trabalhando. Мы также стараемся объединить это с теоретическими идеями, над которыми мы работали. Some of them generated from more high energy theoretical ideas beyond what we can see with experiment and we’re trying to put those together. Some of them generated from more high energy theoretical ideas beyond what we can see with experiment and we're trying to put those together. それらのいくつかは、実験で見ることができるものを超えたより高エネルギーの理論的アイデアから生成されたものであり、私たちはそれらをまとめようとしています。 Alguns deles gerados a partir de ideias teóricas de alta energia além do que podemos ver com experimentos e estamos tentando colocá-los juntos. Некоторые из них возникли на основе теоретических идей о высоких энергиях, выходящих за рамки того, что мы можем увидеть с помощью эксперимента, и мы пытаемся объединить их.

On a day-to-day basis, we could be thinking about many different things. En el día a día, podemos estar pensando en muchas cosas diferentes. 日常的に、私たちは多くの異なることについて考えている可能性があります。 No dia-a-dia, podemos estar pensando em muitas coisas diferentes. Ежедневно мы могли бы думать о множестве разных вещей. We could be thinking about what the experiments will do. 私たちは実験が何をするかについて考えているかもしれません。 Poderíamos estar pensando sobre o que os experimentos farão. Мы могли бы подумать о том, что будут делать эксперименты. We could be thinking about the theoretical idea of how they fit together, doing the calculations to see what the consequences of some ideas, which we call models, would be. Poderíamos estar pensando na ideia teórica de como elas se encaixam, fazendo os cálculos para ver quais seriam as consequências de algumas ideias, que chamamos de modelos. Мы могли бы думать о теоретической идее того, как они сочетаются друг с другом, делать вычисления, чтобы увидеть, каковы будут последствия некоторых идей, которые мы называем моделями. There might be some speculations or hypotheses for what’s out there and we try to derive what the consequences would be and test whether those ideas work, test these ideas that might synthesize the various phenomena that we’ve observed, but we don’t yet understand. そこに何があるかについていくつかの推測や仮説があるかもしれません、そして私たちは結果がどうなるかを導き出し、それらのアイデアが機能するかどうかをテストし、私たちが観察したさまざまな現象を合成するかもしれないこれらのアイデアをテストしようとしますが、私たちはまだ理解していません。 Pode haver algumas especulações ou hipóteses para o que está por aí e tentamos derivar quais seriam as consequências e testar se essas ideias funcionam, testar essas ideias que podem sintetizar os vários fenômenos que observamos, mas ainda não entendemos . Могут быть какие-то предположения или гипотезы о том, что там происходит, и мы пытаемся вывести, какими будут последствия, и проверить, работают ли эти идеи, проверить эти идеи, которые могут синтезировать различные явления, которые мы наблюдали, но мы еще не понимаем. . Можуть бути якісь припущення чи гіпотези щодо того, що там є, і ми намагаємося вивести, якими будуть наслідки, і перевірити, чи працюють ці ідеї, перевірити ці ідеї, які можуть синтезувати різні явища, які ми спостерігали, але ми ще не розуміємо .

{Question: What insights do you hope the LHC will yield?} {質問：LHCがもたらす洞察をどのように期待しますか？} {Pergunta: Que percepções você espera que o LHC produza?} {Вопрос: какие выводы вы надеетесь получить на БАК?}

Lisa Randall: So, the LHC stands for Large Hadron Collider. Lisa Randall: El LHC significa Gran Colisionador de Hadrones. リサ・ランドール：つまり、LHCは大型ハドロン衝突型加速器の略です。 Lisa Randall: Então, o LHC significa Large Hadron Collider. Лиза Рэндалл: Итак, LHC означает Большой адронный коллайдер. It’s large; it’s 27 kilometers in circumference. それは大きいです。円周は27キロです。 É grande; tem 27 quilômetros de circunferência. Он большой; это 27 километров в окружности. It’s a big tunnel where two beams of protons will circulate around it and then collide at various points within the tunnel. これは、陽子の2つのビームがその周りを循環し、トンネル内のさまざまなポイントで衝突する大きなトンネルです。 É um grande túnel onde dois feixes de prótons vão circular ao seu redor e depois colidir em vários pontos dentro do túnel. Это большой туннель, вокруг которого будут циркулировать два пучка протонов, а затем сталкиваться в разных точках туннеля. When it collides, it will collide together at high energy, about seven times the energy of the highest energy collider we have yet had on earth. When it collides, it will collide together at high energy, about seven times the energy of the highest energy collider we have yet had on earth. 衝突すると、地球上でこれまでにない最高エネルギーの衝突型加速器の約7倍のエネルギーで衝突します。 Quando colidir, colidirá em alta energia, cerca de sete vezes a energia do colisor de maior energia que já tivemos na Terra. Когда он столкнется, он будет сталкиваться с высокой энергией, примерно в семь раз превышающей энергию самого мощного коллайдера, который у нас когда-либо был на Земле. And when it does that, the idea is for the mass of the particles converts into energy. そしてそれがそれをするとき、考えは粒子の質量がエネルギーに変換することです。 E quando isso acontece, a ideia é que a massa das partículas se converta em energia. И когда это происходит, идея состоит в том, что масса частиц преобразуется в энергию.

The energy that’s created in the collision can then convert into new particles. 衝突で生成されたエネルギーは、新しい粒子に変換できます。 Энергия, созданная при столкновении, может затем преобразоваться в новые частицы. Those particles can have heavier mass than anything that’s been created before, E=MC2, so having bigger energy means that we can create particles that have bigger mass. これらの粒子は、以前に作成されたものよりも重い質量を持つ可能性があります（E = MC2）。したがって、エネルギーが大きいということは、質量が大きい粒子を作成できることを意味します。 Эти частицы могут иметь большую массу, чем все, что было создано ранее, E=MC2, поэтому наличие большей энергии означает, что мы можем создавать частицы с большей массой. It also will have what’s called high luminosity, which is to say, there’s a high collision rate. また、いわゆる高光度、つまり衝突率が高くなります。 У него также будет так называемая высокая яркость, то есть высокая частота столкновений. So the hope is that by having these new parameters, this high rate of collision, these high energies, we’ll be able to study matter in ways we haven’t been able to study it before. したがって、これらの新しいパラメーター、この高い衝突率、これらの高いエネルギーを持つことで、これまで研究できなかった方法で物質を研究できるようになることを願っています。 Таким образом, есть надежда, что, имея эти новые параметры, такую высокую скорость столкновений, эти высокие энергии, мы сможем изучать материю способами, которые мы не могли изучать раньше.

In the process, we want to understand the answers to questions like; where do the masses of fundamental particle come from? その過程で、次のような質問に対する答えを理解したいと思います。素粒子の質量はどこから来るのですか？ В процессе мы хотим понять ответы на такие вопросы, как; Откуда берутся массы элементарных частиц? That might sound like an odd question since mass seems like an intrinsic property to matter, but it turns out that in the simplest versions of the theories you’ve ****, particles don’t have mass. 質量は重要な本質的な特性のように見えるので、それは奇妙な質問のように聞こえるかもしれませんが、あなたが持っている理論の最も単純なバージョンでは、粒子には質量がありません。 Это может показаться странным вопросом, поскольку масса кажется неотъемлемым свойством материи, но оказывается, что в простейших версиях ваших теорий частицы не имеют массы. And we know that it’s actually only possible for particles to have mass because of something like a phase transition that happened **** universe, something called the Higgs Mechanism, named after the physicist, Peter Higgs, who thought of it. そして、実際には、宇宙で起こった相転移のようなもの、それを考えた物理学者のピーター・ヒッグスにちなんで名付けられたヒッグス機構と呼ばれるもののために、粒子が質量を持つことしかできないことを知っています。 И мы знаем, что на самом деле частицы могут иметь массу только из-за чего-то вроде фазового перехода, который произошел во Вселенной, чего-то, что называется механизмом Хиггса, названным в честь физика Питера Хиггса, который придумал его. І ми знаємо, що насправді частинки можуть мати масу лише через щось на кшталт фазового переходу, який стався у Всесвіті, так званий механізм Хіггса, названий на честь фізика Пітера Хіггса, який придумав це. And the idea is that particles at high energy might seem not to have mass, but at low energies they do. そして、その考えは、高エネルギーの粒子は質量を持たないように見えるかもしれませんが、低エネルギーの粒子は質量を持っているということです。 Идея состоит в том, что частицы при высоких энергиях могут показаться не имеющими массы, но при низких энергиях они ею обладают. Ідея полягає в тому, що може здатися, що частинки з високою енергією не мають маси, але з низькою енергією вона є. And the question is; how did that come about? そして問題は;それはどのようにして起こったのですか？ E a pergunta é; Como isso aconteceu? И вопрос в том; Как это произошло? If it’s a simple Higgs Mechanism implementation, we’ll spy something called the Higgs Boson. 単純なヒッグスメカニズムの実装であれば、ヒッグス粒子と呼ばれるものをスパイします。 Se for uma implementação simples do Mecanismo de Higgs, espiaremos algo chamado Boson de Higgs. Если это простая реализация механизма Хиггса, мы увидим нечто, называемое бозоном Хиггса. It’s a particle that tells us that this is really what happens and really puts it all together. これは、これが実際に起こっていることであり、実際にすべてをまとめていることを私たちに伝える粒子です。 Это частица, которая говорит нам, что это действительно то, что происходит, и действительно объединяет все это.

The standard model works to an incredibly high degree of precision. 標準モデルは信じられないほど高い精度で動作します。 O modelo padrão funciona com um grau de precisão incrivelmente alto. Стандартная модель работает с невероятно высокой степенью точности. We believe that it’s right. Acreditamos que está certo. Мы считаем, что это правильно. The standard model of particle physics tells us what are the basic elements of matter? Стандартная модель физики элементарных частиц говорит нам, каковы основные элементы материи? What are the forces through which they interact? それらが相互作用する力は何ですか？ Какими силами они взаимодействуют? It’s been tested to a high degree of precision. 高い精度でテストされています。 Он был протестирован с высокой степенью точности. But it doesn’t answer questions like; where do the particle masses come from, the elementary particle masses come from? しかし、それは次のような質問には答えません。粒子の質量はどこから来ているのですか、素粒子の質量はどこから来ているのですか？ Но это не отвечает на такие вопросы, как; откуда берутся массы частиц, массы элементарных частиц? And the other question it doesn’t answer is; why are those masses about the scale that they are? そして、それが答えない他の質問は、なぜそれらの大衆は彼らがそうであるスケールについてですか？ И другой вопрос, на который он не отвечает, это; почему эти массы имеют такой масштаб? Why aren’t those masses much bigger? なぜそれらの大衆はそれほど大きくないのですか？ Почему эти массы не намного больше? That has to do with something what we call the hierarchy problem of particle physics, which is connected to the question of why gravity is so weak. それは、素粒子物理学の階層性問題と呼ばれるものと関係があり、それはなぜ重力がそれほど弱いのかという問題に関連しています。 Это связано с тем, что мы называем проблемой иерархии в физике элементарных частиц, которая связана с вопросом о том, почему гравитация такая слабая. And those are the types of questions we hope to answer at the LHC. Именно на такие вопросы мы надеемся ответить на БАК.

If we’re really lucky, we might also get some insight into dark matter. 運が良ければ、暗黒物質についての洞察も得られるかもしれません。 Если нам действительно повезет, мы также можем получить некоторое представление о темной материи. The matter that doesn’t emit light that we know is out there in the universe. 私たちが知っている光を発しない物質は宇宙にあります。 Известное нам вещество, которое не излучает свет, находится во Вселенной. So, there’s a number of questions that we hope the LHC might help us answer. ですから、LHCが私たちの答えに役立つことを願っている多くの質問があります。 Итак, есть ряд вопросов, на которые, как мы надеемся, БАК поможет нам ответить.

{Question: What is dark matter?} {Вопрос: что такое темная материя?}

Lisa Randall: As far as dark matter goes, we could be lucky in the sense that it seems that if you look at just the amount of dark matter that’s out there in the universe, we can figure out what is called the relic density is given a sort of type of interaction. Lisa Randall: En cuanto a la materia oscura, podríamos tener suerte en el sentido de que parece que si nos fijamos en sólo la cantidad de materia oscura que está ahí fuera en el universo, podemos averiguar lo que se llama la densidad reliquia se da una especie de tipo de interacción. リサ・ランドール：暗黒物質に関して言えば、宇宙に存在する暗黒物質の量だけを見ると、いわゆる遺物密度が与えられていることがわかるという意味で幸運かもしれません。一種の相互作用。 Лиза Рэндалл: Что касается темной материи, нам может повезти в том смысле, что кажется, что если вы посмотрите только на количество темной материи во Вселенной, мы сможем выяснить, что называется реликтовой плотностью. своего рода взаимодействие. Ліза Рендалл: Що стосується темної матерії, нам може пощастити в тому сенсі, що, здається, якщо ви подивіться лише на кількість темної матерії, яка є там у Всесвіті, ми можемо зрозуміти, що називається реліктовою щільністю свого роду взаємодія. That is to say, how much stuff should be left over now that the universe is big and cool. つまり、宇宙が大きくてかっこいいので、どれだけの物を残すべきかということです。 То есть, сколько вещей должно остаться сейчас, когда Вселенная большая и крутая. And it turns out that if particles had mass about the scale it’s going to be probed at the LHC, the Large Hadron Collider, that it turns out to have about the right relic density. そして、粒子がスケールの周りの質量を持っていた場合、それはLHC、大型ハドロン衝突型加速器で調査されることになり、それはほぼ正しい遺物密度を持っていることがわかります。 И оказывается, что если бы частицы имели массу примерно такого масштаба, они будут исследоваться на БАК, Большом адронном коллайдере, который, как оказалось, имеет примерно правильную реликтовую плотность. Now, this might be just a coincidence, or it might be something deep and fundamental telling us that the Large Hadron Collider might actually be able to produce the dark matter particle. さて、これは単なる偶然かもしれませんし、大型ハドロン衝突型加速器が実際に暗黒物質粒子を生成できるかもしれないことを私たちに告げる、深く根本的な何かかもしれません。 Это может быть просто совпадение, или это может быть что-то глубокое и фундаментальное, говорящее нам, что Большой адронный коллайдер действительно может производить частицы темной материи. It might not produce it directly, but it could produce something that decays into the dark matter particles. 直接生成されないかもしれませんが、暗黒物質の粒子に崩壊する何かを生成する可能性があります。 Он может не производить его напрямую, но он может производить что-то, что распадается на частицы темной материи. So there is some hope that by probing this energy, that the LHC will study, we can learn something about dark matter. ですから、このエネルギーを精査することで、LHCが研究することで、暗黒物質について何かを学ぶことができるという希望があります。 Так что есть некоторая надежда, что, исследуя эту энергию, которую будет изучать БАК, мы сможем узнать что-то о темной материи.

Recorded on February 17, 2010 Записано 17 февраля 2010 г.