http://www.sina.com.cn 2008年09月11日 07:31 新浪科技
新浪科技讯 北京时间9月11日消息，据美国《连线》杂志报道，位于法国和瑞士边境的“欧洲大型强子对撞机”10日正式启动。通过这台世界上最大的机器，科学家们希望利用高速粒子束相撞产生的巨大能量，重建“大爆炸”发生后第一秒内的宇宙形态。科学家们希望在对撞后产生的微缩版“宇宙大爆炸”中，找到由夸克和胶子构成的炽热混合物--“夸克-胶子等离子体”，这种物质状态，一般认为只有在宇宙大爆炸后的零点几秒时间内才能存在。科学家们预言，强子对撞实验将成为物理学研究的重要里程碑。
科学家们认为，物质来源于一系列密集而炽热的基本粒子，但现在宇宙中的普通物质由原子构成，而组成原子的质子和中子，都是被称之为“胶子”的其它粒子束缚夸克形成的，这种束缚非常强大，普通试验条件下，人们无法分离“胶子”和夸克。但在大型对撞机长达10小时的实验中，粒子束的运行距离可能超过60亿英里，足以在地球与海王星之间做个往返。在达到最大强度时，尽管其质量可以忽略不计，但由于拥有了极高的速度，每一个粒子束拥有的能量都相当于一辆以1600公里时速高速飞行的汽车。粒子束迎头相撞产生的巨大的能量，足以撕碎任何物质。
大型强子对撞机是一个极热和极冷的机器。当两束质子束相撞时，它们将在一个极小的空间内产生比太阳中心热10万倍的高温。与之相比，促使超流体氦在加速器环周围循环的制冷分配系统，让大型强子对撞机保持在零下271.3摄氏度(1.9开氏度)的超低温环境下，这个温度比外太空的温度还低。记录大型强子对撞机进行的每项大试验的数据，每年大约足够刻10亿张双面DVD光盘。据估计，大型强子对撞机的寿命是15年。为了让世界各地的数千名科学家在未来15年内通力合作，分析这些数据，分布在世界各地的好几万台电脑将通力合作进行研究。
近几十年来，物理学领域涌现出多个关于宇宙基本属性的重大理论，如“宇宙大爆炸”理论、弦理论和暗物质理论等。但长期以来，科学家们一直无法以实验的形式对这些理论进行直接验证。大型强子对撞机的实验结果，有望对这些理论能否成立产生重要影响。以下为对撞实验可能对5大物理学理论产生的影响：
1、“宇宙大爆炸”理论
最佳结果：大型强子对撞机的大型离子对撞实验成功生成夸克-胶子等离子体。夸克-胶子等离子体是一种理论上在“宇宙大爆炸”后的数毫秒内存在的物质。大型强子对撞机的撞击能够产生超过太阳温度10万倍的高温。在如此高温作用后，科学家们希望能够看到这种粒子粘性物冷却并膨胀为已知粒子的过程。这将帮助科学家们来解释为什么质子和中子的质量是夸克质量的100多倍。
最坏结果：科学家们也许一不注意就可能制造一个微型黑洞，地球将可能被黑洞吞噬。当然，这仅仅是一个开玩笑的说法。欧洲粒子物理实验室以及许多国家的科学家都已经排除了这种可能，大型强子对撞机不会制造世界末日。大型强子对撞机理论上能够制造的黑洞，其能量甚至不足以点亮一个电灯泡。此外，英国皇家天文学家认为大型强子对撞机摧毁世界的机率，仅仅为五千万分之一。(当然，这仅仅只是一种可能性推测，甚至还远比不上彩票的中奖机率。)
2、弦理论
最佳结果：科学家们发现特定类型的超对称粒子。物理学家加来纪雄将这种粒子称为“aka sparticles”，认为它们是来自第11维的信号。这将表明弦理论科学家走对了路线：宇宙确实是由我们所知道的四维组成，而其他七维则组成了自然力量。
最坏结果：弦理论的基本假设将会受到挑战。大型强子对撞机将是能够使科学家们具备研究W玻色子能力的首部粒子加速器。W玻色子是一种负责传递弱核力的基本粒子。如果它们没有以某种特定形式分散，它将会回到一代弦理论科学家所采用的制图板上。一位物理学家介绍，“如果我们看到了这种挑战，人们将会更加兴奋地开始探索其他更好的方式。这又将会出现更多的挑战。”
3、“宇宙并不孤单”理论
最佳结果：如果科学家发现了一种长寿的胶微子，即胶子的假想超对称伙伴，那么会有一些科学家把这种胶微子看作是“来自多元宇宙的信使”。这将是对“宇宙并不孤单”理论的有力支持。(但请记住：并非所有人都赞同这种解释。)
最坏结果：我们的宇宙确实是独一无二的。更糟糕的是：它是孤独的。
4、宇宙暗物质理论
最佳结果：天体物理学家目前普遍认为，96%的宇宙是由我们看不见但可以探测到的暗物质和能量组成。据估计，仅仅暗物质就占据了26%的宇宙空间，但我们至今仍未弄清楚它到底是由什么构成的。一般推测中性重粒子是暗物质的最佳候选。如果中性重粒子确实存在，它将相对容易产生。许多物理学家希望能够在CMS或Atlas探测器的碎片中发现这种中性重粒子，以验证暗物质理论。
最坏结果：科学家们自豪地宣布他们在大型强子对撞机的某个探测器中观测到了暗物质的明显迹象。但在接下来的几周时间里，事实表明这只不过是一次测量错误。一些物理学家认为，大型强子对撞机并不能够精确到足以测量任何侥幸产生的暗物质。
5、粒子物理学的标准模型
最佳结果： 随着标准模型被详细说明，也许一切问题都迎刃而解。科学家肖恩-卡罗尔指出，“几乎可以保证希格斯粒子的存在，或者至少是某种类似希格斯粒子的存在。”因此，也许最好的假设是发现类似希格斯粒子，而不是发现希格斯粒子本身。这样，就不会造成此模型的结果与前期工作产生重大跨度，显得所有前期工作太微不足道。同时，标准模型将开辟物理学新的前沿。
最坏结果：希格斯玻色子最终得到证实。这种长期被假设存在的粒子一直以来都被认为是粒子质量的根源。在大型强子对撞机中发现希格斯玻色子无疑是件好事情。这将可以证实物理学家们已经知道的许多理论，又不会引起科学争议。一些科学家甚至表示，他们对于大型强子对撞机的最糟糕的假设就是发现且只发现希格斯玻色子。(刘妍)
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