科學家稱大型強子對撞機或將解開暗物質之謎

據國外媒體報導，2012年，希格斯玻色子的發現令整個科學界歡呼不已。在粒子物理學的標準模型中，希格斯玻色子是其他粒子品質的來源。它的發現，是歐洲核子研究中心(CERN)大型強子對撞機(Large Hadron Collider，LHC)最令人矚目的成就，也是對這座世界最大粒子加速器的最好認可。近日有科學家稱，我們完全有足夠的理由期待，大型強子對撞機能在未來幾年內帶來更加偉大的發現，或許能解開歷史上最重要的一個謎題。

莫妮卡·鄧福德博士一直在瑞士的歐洲核子研究中心從事研究工作，直到2013年。他直接參與了2012年希格斯玻色子的探測項目。歐洲核子中心的大型強子對撞機(圖中顯示部分)埋在法國與瑞士邊界一個長度為27公里的地下管道中，位於侏羅山脈腳下。

“我最感興趣的事情之一是創造和發現暗物質，”莫妮卡·鄧福德博士說，“從對宇宙的測量中我們知道，宇宙的25%是暗物質，但我們根本不知道暗物質是什麼。”這是一張對宇宙中暗物質的想像圖

莫妮卡·鄧福德博士原本來自美國加利福尼亞州，如今是德國海德堡大學的研究人員。直到2013年之前，她都在瑞士的歐洲核子研究中心工作，是廣受好評的紀錄片《粒子狂熱》(Particle Fever)中描述的六位科學家之一。

尋找希格斯玻色子是大型強子對撞機的最初目標之一，因此越接近發現的時刻，歐洲核子研究中心的氣氛就越緊張。上圖描繪的是緊湊μ子線圈(Compact Muon Solenoid，CMS)實驗中的質子碰撞，用來探尋希格斯玻色子。

20世紀60年代，英國物理學家彼得·希格斯(Peter Higgs)博士將希格斯玻色子理論推進了一大步。這種粒子被描述為標準模型中“缺失的一塊”。

在探尋希格斯玻色子的過程中，包括斯蒂芬·霍金在內的一些科學家，實際上是支持不要發現發現這種粒子。2013年，有報導援引霍金的講話稱，如果希格斯玻色子沒有被發現，那事情就會變得“更加有趣得多”，因為這將使新宇宙理論的出現成為可能。

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莫妮卡·鄧福德(Monica Dunford)博士來自美國加利福尼亞州，現在是德國海德堡大學的研究人員。直到2013年之前，她都在瑞士的歐洲核子研究中心工作。她是廣受好評的紀錄片《粒子狂熱》(Particle Fever)中描述的六位科學家之一。該紀錄片記述了2008年在歐洲核子研究中心利用大型強子對撞機進行的第一輪實驗，正是這些實驗催生了2012年希格斯玻色子的發現。發現希格斯玻色子是大型強子對撞機(LHC)的最初目標之一，但屬於LHC最重要的時刻或許正要來臨。“我最感興趣的事情之一是創造和發現暗物質，”莫妮卡·鄧福德博士說，“從對宇宙的測量中我們知道，宇宙的25%是暗物質，但我們根本不知道暗物質是什麼。如此巨大的一部分，你卻完全不知道是由什麼組成的。我們或許能通過衰變產物製造出一種暗物質的候選粒子。如果能在LHC中把它製造出來，那就將在天文學測量和實驗室產物之間建立起極大的聯繫。”

對於這是否將是LHC迄今為止最為重要的發現，她說：“我個人認為是的。這將是一個比希格斯玻色子更為偉大的發現。對於希格斯玻色子，我們已經有了非常堅實的理論預測基礎；但對於暗物質，我們並不知道它會是什麼樣子。”

她補充說：“我們已知的粒子中沒有能夠解釋暗物質的，更不用說暗能量了。所以，如果我們能直接在LHC中製造出暗物質粒子，那將是我們瞭解宇宙組成道路上的一大步。”

莫妮卡·鄧福德博士于2006年來到歐洲核子研究中心，參與了這一世界最大粒子加速器的最初建立和發展。“一開始我們在建造探測器，”她說，“當時真是很棒，雖然壓力很大，但感覺很好。我們的核心團隊大概有幾百人，日夜工作。”

在 經歷了最初階段之後，研究團隊開始對探測器獲得的資料進行分析，相比之下這些工作就沒那麼有趣了。“一開始，在希格斯玻色子還沒有被發現的時候，我們的工 作壓力很大，”莫妮卡·鄧福德博士接著說，“我們有著一大堆的資料，人們常常在問‘它在那裡嗎？我們能看到它嗎？’到了宣佈結果的2012年，這種壓力達到了白熱化。我覺得，在我的職業生涯中肯定不會再有第二次這樣的時刻了。”

希格斯玻色子的發現不僅是物理學的重大突破，而且也是對耗資91億美元建設和維持大型強子對撞機的回報。然而，當時包括斯蒂芬·霍金在內的一些科學家，實際上是支持不要發現這種粒子的。

2013年， 有報導援引霍金的講話稱，如果希格斯玻色子沒有被發現，那事情就會變得“更加有趣得多”，因為這將使新宇宙理論的出現成為可能。莫妮卡·鄧福德博士對此表 示，即使沒有發現希格斯玻色子，物理學也會同樣有趣。“自然就是自然，”她說，“我們在努力揭開它的奧秘。我們認為希格斯玻色子存在，但如果自然界中存在 不同的東西，那可能反而更好。我們就要重新回到繪圖板之前。但這並不能稱之為失敗，沒有看到任何東西也同樣令人振奮，只是對於理論研究的同事們來說，這意 味著更多的工作。”目前，我們還不知道大型強子對撞機發現暗物質的概率能有多大。許多理論，特別是標準模型都預測了暗物質的存在。如果大型強子對撞機無法發現它，那我們可能還需要建造更大的儀器。

2015年，LHC中兩個質子束對撞的能量將增加為原來的兩倍，達到13TeV，這在粒子加速器中是空前的。莫妮卡·鄧福德博士稱，這將為發現新粒子帶來“極大的潛力”，特別是對暗物質的探索，甚至是其他我們目前還未知的粒子。無論未來如何，LHC已經證明了國際合作能帶來多麼偉大的成就。歐洲核子研究中心是一個非常國際化的組織，科研人員為了同樣的目標在努力工作。莫妮卡·鄧福德博士希望，隨著媒體的關注度不斷提高，公眾能切實感受到到基礎物理學的重要性。