?
?
???????? 歐洲核子研究中心于2008年9月10日啟動(dòng)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）。這個(gè)世界上最大的機(jī)器，有望揭開(kāi)宇宙起源的奧秘在內(nèi)五大謎團(tuán)。過(guò)去幾十年來(lái)，物理學(xué)家不斷在細(xì)節(jié)上加深對(duì)構(gòu)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(xué)的 “標(biāo)準(zhǔn)模型”變得更為豐滿(mǎn)，但這個(gè)模型中仍存在縫隙，以至于我們無(wú)法繪制一幅完整的圖畫(huà)。為了幫助科學(xué)家揭示粒子物理學(xué)上這些關(guān)鍵性的未解之謎，需要大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)便擔(dān)負(fù)起“數(shù)據(jù)提供者”的角色，這也是非常重要的一個(gè)步驟。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)能夠?qū)墒|(zhì)子加速到空前的能量狀態(tài)而后發(fā)生相撞，此時(shí)的撞擊可能帶來(lái)意想不到的結(jié)果，絕對(duì)是任何人都無(wú)法想象的。
??????? 牛頓未完成的工作——什么是質(zhì)量？
???????? 質(zhì)量的起源是什么？為什么微小粒子擁有質(zhì)量，而其它一些粒子卻沒(méi)有這種“待遇”？對(duì)于這些問(wèn)題，科學(xué)家到現(xiàn)在也沒(méi)有找到一個(gè)確切答案。最有可能的解釋似乎可以在希格斯玻色子身上找到。
希格斯玻色子是“標(biāo)準(zhǔn)模型”這一粒子物理學(xué)理論中最后一種尚未被發(fā)現(xiàn)的粒子，它的存在是整個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)模型”的基石。早在1964年，
蘇格蘭物理學(xué)家
彼得·希格斯(Peter Higgs）便首次預(yù)言存在這種粒子，但迄今為止，科學(xué)家仍未見(jiàn)過(guò)它的廬山真面目。
ATLAS和CMS實(shí)驗(yàn)將積極尋找這種難于捉摸的粒子存在跡象。
??????? 一個(gè)“看不見(jiàn)”的問(wèn)題——96%的宇宙由什么構(gòu)成？
??????? 我們?cè)谟钪嬷锌吹降囊磺小獜男?a target="_blank">螞蟻到巨大的星系——都是由普通粒子構(gòu)成的。這些粒子被統(tǒng)稱(chēng)為物質(zhì)，它們構(gòu)成了4%的宇宙。余下的部分據(jù)信由
暗物質(zhì)——不發(fā)光的物質(zhì)和
暗能量構(gòu)成，它們對(duì)于整個(gè)宇宙的構(gòu)成與運(yùn)行有著極其重要的作用。對(duì)它們進(jìn)行探測(cè)和研究的難度不可想象。研究暗物質(zhì)和暗能量的性質(zhì)是當(dāng)今粒子物理學(xué)和宇宙學(xué)面臨的最大挑戰(zhàn)之一。
ATLAS和CMS實(shí)驗(yàn)將尋找超級(jí)對(duì)稱(chēng)的粒子，用于驗(yàn)證一種與暗物質(zhì)構(gòu)成有關(guān)的假設(shè)。
大自然的偏好——為什么找不到反物質(zhì)？
我們生活在一個(gè)由物質(zhì)構(gòu)成的世界，
宇宙萬(wàn)物——包括我們?nèi)祟?lèi)在內(nèi)都是由物質(zhì)構(gòu)成的。
反物質(zhì)就像物質(zhì)的一個(gè)孿生兄弟，但它卻攜帶相反
電荷。在宇宙誕生時(shí)，“大爆炸”產(chǎn)生了相同數(shù)量的物質(zhì)和反物質(zhì)。然而，一旦這對(duì)孿生兄弟碰面，它們就會(huì)“
同歸于盡”，并最終轉(zhuǎn)換成能量。不知何故，少量物質(zhì)幸存下來(lái)，并形成我們現(xiàn)在生活的宇宙，而它的孿生兄弟反物質(zhì)卻幾乎消失得無(wú)影無(wú)蹤。為什么大自然不能一碗水端平，平等對(duì)待這對(duì)孿生兄弟呢？
LHCb實(shí)驗(yàn)將尋找物質(zhì)與反物質(zhì)之間的差異，幫助解釋大自然為何如此偏向。此前的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)觀(guān)察到兩者之間的些許不同，但迄今為止的研究發(fā)現(xiàn)還不足以解釋宇宙中的物質(zhì)和暗物質(zhì)為何在數(shù)量上呈現(xiàn)出明顯的不均衡。
“大爆炸”的秘密——物質(zhì)在宇宙誕生后的第一秒呈什么狀態(tài)？
??????? 構(gòu)成宇宙萬(wàn)物的物質(zhì)據(jù)信來(lái)源于一系列密集而熾熱的基本粒子?，F(xiàn)在宇宙中的普通物質(zhì)由原子構(gòu)成，原子擁有一個(gè)由質(zhì)子和中子構(gòu)成的核子，質(zhì)子和中子都是被稱(chēng)之為“膠子”的其它粒子束縛夸克形成的。這種束縛非常強(qiáng)大，但在最初的宇宙，由于溫度極高加之能量巨大，膠子很難將夸克結(jié)合在一起。也就是說(shuō)，這種束縛似乎是在“大爆炸”發(fā)生后的最初幾微秒內(nèi)形成的，此時(shí)的宇宙擁有一個(gè)由夸克和膠子構(gòu)成的非常熾熱而密集的
混合物，也就是所說(shuō)的“夸克-膠子等離子體”。ALICE實(shí)驗(yàn)將利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)模擬大爆炸發(fā)生后的原始宇宙形態(tài)，分析夸克-膠子等離子體的性質(zhì)。
隱藏的世界——空間的額外維度真的存在嗎？
??????? 根據(jù)
愛(ài)因斯坦廣義
相對(duì)論，人類(lèi)生存的
三維空間加上
時(shí)間軸即構(gòu)成所謂
四維時(shí)空。后來(lái)的理論認(rèn)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(lèi)觀(guān)察到，它們似乎會(huì)在高能條件下顯現(xiàn)出來(lái)?；谶@種推測(cè)，科學(xué)家將對(duì)所有探測(cè)器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)分析，以尋找額外維度存在跡象。
