CERN的大型強子對撞機

大型強子對撞機隧道內的冷磁體

   過去幾十年來，物理學家不斷在細節上加深對構成宇宙的基本粒子及其交互作用的了解。了解的加深讓粒子物理學的“標準模型”變(bian)得(de)更(geng)為(wei)豐(feng)滿(man)，但(dan)這(zhe)個(ge)模(mo)型(xing)中(zhong)仍(reng)存(cun)在(zai)縫(feng)隙(xi)，以(yi)至(zhi)於(yu)我(wo)們(men)無(wu)法(fa)繪(hui)製(zhi)一(yi)幅(fu)完(wan)整(zheng)的(de)圖(tu)畫(hua)。為(wei)了(le)幫(bang)助(zhu)科(ke)學(xue)家(jia)揭(jie)示(shi)粒(li)子(zi)物(wu)理(li)學(xue)上(shang)這(zhe)些(xie)關(guan)鍵(jian)性(xing)的(de)未(wei)解(jie)之(zhi)謎(mi)，需(xu)要(yao)大(da)量(liang)實(shi)驗(yan)數(shu)據(ju)支(zhi)持(chi)，大(da)型(xing)強(qiang)子(zi)對(dui)撞(zhuang)機(ji)便(bian)擔(dan)負(fu)起(qi)“數據提供者”的(de)角(jiao)色(se)，這(zhe)也(ye)是(shi)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)一(yi)個(ge)步(bu)驟(zhou)。大(da)型(xing)強(qiang)子(zi)對(dui)撞(zhuang)機(ji)能(neng)夠(gou)將(jiang)兩(liang)束(shu)質(zhi)子(zi)加(jia)速(su)到(dao)空(kong)前(qian)的(de)能(neng)量(liang)狀(zhuang)態(tai)而(er)後(hou)發(fa)生(sheng)相(xiang)撞(zhuang)，此(ci)時(shi)的(de)撞(zhuang)擊(ji)可(ke)能(neng)帶(dai)來(lai)意(yi)想(xiang)不(bu)到(dao)的(de)結(jie)果(guo)，絕(jue)對(dui)是(shi)任(ren)何(he)人(ren)都(dou)無(wu)法(fa)想(xiang)象(xiang)的(de)。

　　牛頓未完成的工作——什麼是質量？

　　質量的起源是什麼？為什麼微小粒子擁有質量
，而其它一些粒子卻沒有這種“待遇”
？對於這些問題，科學家到現在也沒有找到一個確切答案。最有可能的解釋似乎可以在希伯斯玻色子身上找到。希伯斯玻色子是“標準模型”這一粒子物理學理論中最後一種尚未被發現的粒子，它的存在是整個“標準模型”的基石。早在1964年，蘇格蘭物理學家彼得·希格斯(Peter Higgs)便首次預言存在這種粒子，但迄今為止，科學家仍未見過它的廬山真麵目。

　　ATLAS 和 CMS實驗將積極尋找這種難於捉摸的粒子存在跡象。

　　一個“看不見”的問題——96%的宇宙由什麼構成？

　　我們在宇宙中看到的一切——從小螞蟻到巨大的星係——都是由普通粒子構成的。這些粒子被統稱為物質，它們構成了4%的(de)宇(yu)宙(zhou)。餘(yu)下(xia)的(de)部(bu)分(fen)據(ju)信(xin)由(you)暗(an)物(wu)質(zhi)和(he)暗(an)能(neng)量(liang)構(gou)成(cheng)，對(dui)它(ta)們(men)進(jin)行(xing)探(tan)測(ce)和(he)研(yan)究(jiu)的(de)難(nan)度(du)不(bu)可(ke)想(xiang)象(xiang)。研(yan)究(jiu)暗(an)物(wu)質(zhi)和(he)暗(an)能(neng)量(liang)的(de)性(xing)質(zhi)是(shi)當(dang)今(jin)粒(li)子(zi)物(wu)理(li)學(xue)和(he)宇(yu)宙(zhou)學(xue)麵(mian)臨(lin)的(de)最(zui)大(da)挑(tiao)戰(zhan)之(zhi)一(yi)。

　　ATLAS 和 CMS實驗將尋找超級對稱的粒子，用於驗證一種與暗物質構成有關的假設。

　　大自然的偏好——為什麼找不到反物質
？

　　我們生活在一個由物質構成的世界，宇宙萬物——包括我們人類在內都是由物質構成的。反物質就像物質的一個孿生兄弟
，但它卻攜帶相反電荷。在宇宙誕生時，“大爆炸”產生了相同數量的物質和反物質。然而


，一旦這對孿生兄弟碰麵，它們就會“同歸於盡”，並bing最zui終zhong轉zhuan換huan成cheng能neng量liang。不bu知zhi何he故gu，少shao量liang物wu質zhi幸xing存cun下xia來lai
，並bing形xing成cheng我wo們men現xian在zai生sheng活huo的de宇yu宙zhou，而er它ta的de孿luan生sheng兄xiong弟di反fan物wu質zhi卻que幾ji乎hu消xiao失shi得de無wu影ying無wu蹤zong。為wei什shen麼me大da自zi然ran不bu能neng一yi碗wan水shui端duan平ping，平ping等deng對dui待dai這zhe對dui孿luan生sheng兄xiong弟di呢ne
？

　　LHCbshiyanjiangxunzhaowuzhiyufanwuzhizhijiandechayi，bangzhujieshidaziranweiherucipianxiang。ciqiandeshiyanyijingguanchadaoliangzhezhijiandexiexubutong
，danqijinweizhideyanjiufaxianhaibuzuyijieshiyuzhouzhongdewuzhiheanwuzhiweihezaishuliangshangchengxianchumingxiandebujunheng。

　　“大爆炸”的秘密——物質在宇宙誕生後的第一秒呈什麼狀態
？

　　構gou成cheng宇yu宙zhou萬wan物wu的de物wu質zhi據ju信xin來lai源yuan於yu一yi係xi列lie密mi集ji而er熾chi熱re的de基ji本ben粒li子zi。現xian在zai宇yu宙zhou中zhong的de普pu通tong物wu質zhi由you原yuan子zi構gou成cheng，原yuan子zi擁yong有you一yi個ge由you質zhi子zi和he中zhong子zi構gou成cheng的de核he子zi

，質zhi子zi和he中zhong子zi都dou是shi被bei稱cheng之zhi為wei“膠子”deqitalizishufukuakexingchengde。zhezhongshufufeichangqiangda
，danzaizuichudeyuzhou，youyuwendujigaojiazhinengliangjuda，jiaozihennanjiangkuakejiehezaiyiqi。yejiushishuo，zhezhongshufusihushizai“大爆炸”發生後的最初幾微秒內形成的
，此時的宇宙擁有一個由誇克和膠子構成的非常熾熱而密集的混合物，也就是所說的“誇克-膠子等離子體”。

　　ALICE實驗將利用大型強子對撞機模擬大爆炸發生後的原始宇宙形態，分析誇克-膠子等離子體的性質。

　　隱藏的世界——空間的額外維度真的存在嗎？

　　根(gen)據(ju)愛(ai)因(yin)斯(si)坦(tan)廣(guang)義(yi)相(xiang)對(dui)論(lun)，人(ren)類(lei)生(sheng)存(cun)的(de)三(san)維(wei)空(kong)間(jian)加(jia)上(shang)時(shi)間(jian)軸(zhou)即(ji)構(gou)成(cheng)所(suo)謂(wei)四(si)維(wei)空(kong)間(jian)。後(hou)來(lai)的(de)理(li)論(lun)認(ren)為(wei)
，可(ke)能(neng)存(cun)在(zai)擁(yong)有(you)隱(yin)藏(zang)維(wei)度(du)的(de)空(kong)間(jian)。弦(xian)理(li)論(lun)便(bian)暗(an)示(shi)額(e)外(wai)的(de)空(kong)間(jian)維(wei)度(du)尚(shang)未(wei)被(bei)人(ren)類(lei)觀(guan)察(cha)到(dao)，它(ta)們(men)似(si)乎(hu)會(hui)在(zai)高(gao)能(neng)條(tiao)件(jian)下(xia)顯(xian)現(xian)出(chu)來(lai)。基(ji)於(yu)這(zhe)種(zhong)推(tui)測(ce)，科(ke)學(xue)家(jia)將(jiang)對(dui)所(suo)有(you)探(tan)測(ce)器(qi)獲(huo)得(de)的(de)數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)仔(zai)細(xi)分(fen)析(xi)，以(yi)尋(xun)找(zhao)額(e)外(wai)維(wei)度(du)存(cun)在(zai)跡(ji)象(xiang)。(孝文）