大型強子對撞機接下來會發現什麼？

全世界最大的科學實驗設備——大型強子對撞機[LHC]在兩年的維護升級後將在本月重新啟動。繼2012年發現希格斯玻色子，也就是廣大媒體宣傳的「上帝粒子」後，大家對歐洲核子研究中心27公裡長的粒子加速器的新發現明顯有了更高期許。

希格斯玻色子是質量之源的一種可能解釋，在1964年由彼得·希格斯和其他幾位科學家提出，這項發現令彼得·希格斯和弗朗索瓦·恩格勒獲得2013年諾貝爾物理學獎。

為什麼整這麼久才發現呢？正如愛因斯坦在質能等價方程(E=MC2)裡說的，一個粒子的質量就是它所含能量的衡量，粒子越大能量越大，反過來說，要創造一個大粒子所需的能量也更大。簡單說，大型強子對撞機使用1260億伏特才有足夠的能量進行質子束碰撞以創造希格斯玻色子。在粒子物理學中通常用質量替代表達能量，1260億伏約等於2.24x1025kg，是單質子的127倍。

所以這兩年對LHC的升級就是添加更強力的電磁鐵以足夠把兩束質子加速到6.5兆伏特，把潛在碰撞能量從2012年的8兆伏特提升到13兆伏特，才足以可能創造並探測到更大質量的粒子。LHC下個預期目標是發現如Z-粒子、新希格斯玻色子之類的新粒子，乃至暗物質粒子。

1983年歐洲核子研究中心發現了Z粒子是自然界4種基本力的攜帶粒子：引力、電磁力、強力和弱核力，其所攜帶的弱核力與亞原子反應有關。理論上認為下一個被發現的粒子將是Z玻色子，或者是Z'。這將幫助我們了解理論上認為的引力攜帶者:引力子，只是還未被發現。

把宇宙的組成作為整體來看，我們目前只了解它的5%，剩下的95%大約由68%的暗能量和27%的暗物質組成。84%之多的宇宙質量是黑暗的，未被任何的已知手段探測到過，若LHC能為我們照亮這個未知的黑暗領域，人類對宇宙的探索之旅就能大步邁進。

有了升級後的LHC可以制造更高的碰撞能量以及發現新粒子的可能，無論目前的理論是否成立，這於我們對自然法則和現有理論模型的基礎理解具有超凡意義。

有些人也許對LHC七千萬歐元左右的升級預算頗有言辭，確實，在這個財政緊縮的時代這麼一大筆預算比公共資金還高。但是它可能在許多領域帶來的重大突破也不能被忽視，比如醫療成像技術。就算考慮到歐洲核子研究中心未來的開銷將遠遠超過七千萬歐元，它在物理學、數學、工程學教育方面扮演的角色也遠遠超過實際創造的經濟價值。