今天,大型强子对撞机(LHC)正式启动,这引发了巨大的兴奋——有人想象着质子在世界上最大的粒子加速器中飞驰并相互撞击,而另一些人则担心这些碰撞会产生毁灭世界的黑洞。
但如果LHC正如许多科学家所希望的那样运作,结果可能会是无聊透顶的:发现希格斯玻色子——这是当前粒子物理标准模型预测但尚未找到的唯一粒子——以及沿途可能发现的一些其他预期现象。然而,大自然的行为很奇怪,尤其是在你重现宇宙大爆炸时期能量的时候。因此,LHC很有可能不仅仅是一个耗资100亿美元的验证器:它不会毁灭世界,但肯定会颠覆物理学界。
第五维度(以及第六、第七……)
那么,什么会席卷整个物理学界呢?比如,任何支持弦理论的物理证据?尽管有各种喧嚣,从喜欢宇宙由振动弦组成的业余物理学家到理解其中复杂计算的博士,但没有人真正找到过弦理论的任何确凿证据。所以,如果你期待惊喜,这可能就是了。
弦理论的核心思想之一是我们习惯的三维空间之外还存在其他空间维度;许多弦理论家设想一个拥有十个维度的世界。额外的维度会激发人们的想象力并启发科幻小说,但在现实中处理它们往往会引发大量的额外解释、方程调整和总体上的困惑。LHC可能会发现额外的维度证据——例如,如果它显示引力子滑入其他维度。或者,如果LHC确实创造了微型黑洞(这些黑洞会迅速蒸发,不会毁灭世界),一些物理学家说,他们可以研究黑洞产生的奇异亚原子粒子阵列,并利用这些粒子的衰变率来判断是否存在额外的隐藏维度。
深入黑暗 别忘了我们老朋友暗物质。暗物质如此神秘——你看不见它,尝不到它,也感觉不到它——这让人着迷。这种构成宇宙绝大部分物质的神秘物质,可能具有显示在LHC实验中的“相互作用强度”。一些假说认为,碰撞产生的粒子将衰变成暗物质,然后可以对其进行研究。
但是,不能保证暗物质可以被“热学产生”,所以它可能甚至不会出现在LHC中。不幸的是,由于我们不知道暗物质是由什么构成的,或者如何看到它,对撞机的实验可能会与之相互作用,而我们仍然可能无法发现它。物理学家知道它与其他粒子的相互作用非常微弱,所以很难将暗物质与背景噪声区分开来。但如果LHC产生了任何主要的暗物质候选者——包括超对称粒子,如中性微子——这将是一个好兆头。
我从未想过! 其中一些潜在的惊喜将使一个粒子物理模型优于另一个模型,或者甚至能为弦理论提供一些实验依据。但真正令人兴奋的前景是,LHC会发现一些没有人预测到的东西。 Cosmic Variance 的帖子预测了LHC可能发生的情况,认为这个可能性为50-50。如果你想引爆物理学界,这就是你的选择。
死寂 然而,有一种可能性,尽管不太可能,但可能会让最接近LHC的物理学家夜不能寐:他们什么也找不到。他们将花费数年时间撞击粒子,却找不到任何他们先前不知道的重大发现。这将引起粒子物理学家们的极大忧虑,也会让LHC的支持者们感到非常尴尬。前欧洲核子研究中心主任
Chris Llewellyn-Smith 告诉《电讯报》说:“对我来说,这将有点尴尬,因为我花了多年时间推广LHC并为其争取资金。”但是,他说,这也可以迫使科学家们彻底重新思考他们对世界的看法,这意味着找不到任何东西最终可能成为最令人兴奋的选择。或者,也许他只是提前说这些来为自己开脱。
上帝粒子 这将我们带回LHC的主要目标——寻找希格斯玻色子本身。Cosmic Variance 的帖子预测,欧洲核子研究中心的科学家们有95%的几率能够找到“上帝粒子”,这是希格斯玻色子获得的一个绰号,因为物理学家希望它能开始将物理学的不同力及其解释统一成一个万有理论。
开发标准模型的粒子物理学家——当前解释我们所知宇宙构成的理论——已经成功找到了他们认为会找到的所有其他粒子,除了那个本应赋予物质质量的粒子:希格斯玻色子。我们知道物质有质量,所以一定有什么东西起到了这个作用。因此,希格斯玻色子就应该存在。
然而,科学是由惊喜驱动的,这就是为什么史蒂芬·霍金正在下小概率的赌注,赌LHC找不到希格斯玻色子。也许他真的这么认为。或者他只是渴望有什么能震撼科学界。但如果你希望这意味着我们即将迎来一场物理学革命,我有一个坏消息:霍金是个出了名的赌输者。














