大型强子对撞机

　　爱因斯坦提出的最著名的一个方程，E = mc2，将能量和质量联系在了一起。后果之一便是，当大质量粒子高速对撞在一起时，释放出来的能量能够用来创造出其他的大质量粒子。瑞士日内瓦附近CERN的大型强子对撞机，已经花了两年时间，将能量高达4 TeV的质子对撞在一起。将携带这么多额外能量的两个质子对撞在一起，理论上，你能够创造出8000多个质子。

　　LHC位于一条27千米长的隧道之内。通常，它被描述为一个环，但实际上，它更像是一个边角有些圆的八边形。在直线段，强大的电磁场给两束相对运行的质子束注入能量，每次经过都会给它们加速。等到对撞时，它们的速度已经达到了光速的99.999999991%。

　　要弄弯如此高速运动的粒子束，你需要非常强大的磁铁。电阻带来的任何能量损失，都会成为运行时的短板，因此磁铁必须由超冷的超导材料制成。即使如此，它们也只能把粒子束弄弯一点点——这就是LHC被建造得如此巨大的原因所在。

　　在八边形的4个边上，更多磁铁将质子束约束到还不到人头发丝粗细，然后让它们迎头相撞。4个大型探测器：ATLAS、CMS、LHCb和ALICE，会在各个碰撞点上记录碰撞结果。ATLAS和CMS是全功能探测器，设计用来测量到底撞出了什么东西——包括搜寻转瞬即逝的希格斯玻色子。

　　尚未回答的问题

　　标准模型是一个巨大的成功。然而，就算有了希格斯玻色子为它加冕，它也仍然是不完整的。引力在标准模型中明显缺席，而且它也无法解释暗物质——这种东西只能通过它的引力作用在天文观测中被察觉到。接下来还有一个谜题：为什么物质会比暗物质多这么多，因为标准模型预言，它们的数量应该差不多是相等的。

　　粒子物理学的下一步，必须要解释这些谜题。比如，我们有可能在大型强子对撞机的质子碰撞中产生出暗物质粒子，或者在深埋于矿井和坑道之中的几个实验装置中避开宇宙线的干扰而搜寻暗物质粒子的踪迹。另一种途径是，我们或许可以观察空间中两个暗物质粒子湮灭而产生的高能粒子来间接地观察暗物质，比如正在国际空间站上展开实验的阿尔法磁谱仪（AMS）。

　　至于反物质，CERN的实验或许可以制造并且存贮它们，我们甚至在正电子发射断层扫描仪（PET）中利用它们来帮助医生诊断癌症。LHCb实验装置会检测质子－质子碰撞中产生的短命粒子的衰变，寻找反物质粒子何以如此稀少的证据。

　　中微子也可能会提供一些帮助。这些幽灵一般的粒子在空间中穿行时，会在3种中微子之间相互变换。在中国和韩国之间测量不同中微子混合程度的实验暗示，正反物质的失衡可能也存在于中微子当中。自然界中观察到的正反物质差异，和标准模型的预言之间存在的巨大鸿沟，或许可以借此得以弥补。

　　更古怪的是，中微子的质量甚至有可能根本不是通过希格斯机制获得的。因为中微子不携带任何的“荷”，它自己就是自己的反物质。果真如此的话，它的质量可能来自于它与自身的相互作用，而并非来自于它同希格斯场的相互作用。灵敏的地下实验装置正在寻找极其罕见的核衰变，那些衰变或许会告诉我们答案。

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