揭秘世界最大對撞機將破解的五大科學謎團

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揭秘世界最大對撞機將破解的五大科學謎團時間:2008-08-28 08:18 來源:新浪科技歐洲核子研究中心已於8月7日宣布將於9月10日啟動大型強子對撞機(LHC)，將破解科學界五大未解之謎。　　北京時間8月28日消息，歐洲核子研究中心已於8月7日宣布將於9月10日啟動大型強子對撞機(LHC)。這個世界上最大的機器，除了為有望揭開宇宙起源的奧秘，還將揭開哪些謎團呢？以下就是歐洲核子研究中心網站上披露的有關信息。

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」變得更為豐滿，但這個模型中仍存在縫隙，以至於我們無法繪製一幅完整的圖畫。為了幫助科學家揭示粒子物理學上這些關鍵性的未解之謎，需要大量實驗數據支持，大型強子對撞機便擔負起「數據提供者」的角色，這也是非常重要的一個步驟。大型強子對撞機能夠將兩束質子加速到空前的能量狀態而後發生相撞，此時的撞擊可能帶來意想不到的結果，絕對是任何人都無法想像的。

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面目。

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系――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%的宇宙。餘下的部分據信由暗物質和暗能量構成，對它們進行探測和研究的難度不可想像。研究暗物質和暗能量的性質是當今粒子物理學和宇宙學面臨的最大挑戰之一。

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面，它們就會「同歸於盡」，並最終轉換成能量。不知何故，少量物質倖存下來，並形成我們現在生活的宇宙，而它的孿生兄弟反物質卻幾乎消失得無影無蹤。為什麼大自然不能一碗水端平，平等對待這對孿生兄弟呢？

LHCb實驗將尋找物質與反物質之間的差異，幫助解釋大自然為何如此偏向。此前的實驗已經觀察到兩者之間的些許不同，但迄今為止的研究發現還不足以解釋宇宙中的物質和暗物質為何在數量上呈現出明顯的不均衡。

「大爆炸」的秘密――物質在宇宙誕生後的第一秒呈什麼狀態？

構成宇宙萬物的物質據信來源於一系列密集而熾熱的基本粒子。現在宇宙中的普通物質由原子構成，原子擁有一個由質子和中子構成的核子，質子和中子都是被稱之為「膠子」的其它粒子束縛夸克形成的。這種束縛非常強大，但在最初的宇宙，由於溫度極高加之能量巨大，膠子很難將夸克結合在一起。也就是說，這種束縛似乎是在「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夸克和膠子構成的非常熾熱而密集的混合物，也就是所說的「夸克-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，分析夸克-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？

根據愛因斯坦廣義相對論，人類生存的三維空間加上時間軸即構成所謂四維空間。後來的理論認為，可能存在擁有隱藏維度的空間。弦理論便暗示額外的空間維度尚未被人類觀察到，它們似乎會在高能條件下顯現出來。基於這種推測，科學家將對所有探測器獲得的數據進行仔細分析，以尋找額外維度存在跡象。(孝文）