大型强子对撞机的5个发现(到目前为止)

在宏观世界中，我们假设所有的粒子都有质量，不管它有多小。18新利最新登入但在微观世界中，电弱理论该理论将电磁力和弱力结合为一种基本力，预测了一种叫做介质应该没有质量;这是个问题，因为有些人就是这样。

调解人是力量的载体:光子发射电磁，同时W和Z玻色子携带弱力。但是，虽然光子没有质量，W玻色子和Z玻色子却有相当大的重量，每个光子大约有100个质子[来源:欧洲核子研究中心］．

1964年，爱丁堡大学的物理学家彼得·希格斯(Peter Higgs)和François恩格勒特团队以及布鲁塞尔自由大学的罗伯特·布劳特(Robert Brout)各自提出了一个解决方案:一个不同寻常的场，根据粒子与它的相互作用强度来传递质量。18新利最新登入如果这希格斯场存在，那么它应该有一个中介粒子，a希格斯玻色子．但这需要大型强子对撞机这样的设备来探测。

2013年，物理学家证实他们发现了一个质量约为126千兆电子伏特(GeV)的希格斯玻色子——大约126个质子的总质量(质能等价让物理学家使用电子伏特作为质量单位)[来源:达斯］．这不仅没有揭开谜底，反而为研究宇宙的稳定性开辟了全新的领域，为什么宇宙中含有的物质比反物质多得多，以及反物质的组成和丰度暗物质(来源:齐格弗里德)。

1964年，两名研究人员试图弄清强子——受强作用力影响的亚原子粒子——各自提出了一个观点，即它们由三种组成粒子组成。乔治·茨威格称之为王牌;默里·盖尔曼(Murray Gell-Mann)这样称呼它们夸克并将它们的三种类型或口味标记为“向上”，“向下”和“奇怪的物理学家后来确定了另外三种夸克口味:“魅力”、“顶部”和“底部”。

多年来，物理学家根据夸克产生强子的两种方式将强子分为两类:重子(包括质子和中子)由三个夸克组成，而介子(如介子和介子)是由夸克-反夸克对形成的[来源:欧洲核子研究中心；ODS)。但这些是唯一可能的组合吗?

2003年，日本研究人员发现了一种奇怪的粒子，X (3872)它似乎是由一个粲夸克、一个反粲夸克和至少两个其他夸克组成的。在探索这种粒子可能存在的时候，研究人员发现Z (4430)，一种明显的四夸克粒子。自那以后，大型强子对撞机发现了几个这样的粒子存在的证据，它们打破了——或者至少在很大程度上弯曲了——已经建立的夸克排列模型。这样的Z粒子是稍纵即逝的，但可能会在一微秒左右的时间里蓬勃发展大爆炸(来源:O 'Luanaigh；Diep；格兰特］．

理论家先进超对称,被称为超对称性理论比如，一些基本粒子为什么有质量，如何有质量18新利最新登入电磁力，强核力和弱核力可能曾经连在一起，也可能是暗物质的组成。它还在夸克和轻子构成物质和玻色子调节它们之间的相互作用。像前面提到的重子一样，轻子(如电子)属于一组亚原子粒子，称为费米子它们的量子性质与玻色子相反。然而，根据SUSY理论，每个费米子都有一个对应的玻色子，反之亦然，每个粒子都可以转化为它的对应粒子[来源:欧洲核子研究中心；Siegried]。

如果是真的，SUSY将意味着两种基本粒子类型(费米子和玻色子)只是同一枚硬币的两面;它可以通过让相应的粒子相互抵消来消除数学中出现的某些失控的无限大量;它将为重力腾出空间——标准模型中一个明显的遗漏——因为费米子-玻色子和玻色子-费米子转换可能涉及引力子这是长期理论化的重力载体。

物理学家希望大型强子对撞机要么能找到支持SUSY的证据，要么能揭示更深层次的问题，从而指向新的理论和实验领域。到目前为止，两者似乎都没有发生，但还不能把超对称排除在外。SUSY有很多版本，每个版本都与特定的假设相关联;大型强子对撞机只是筛选出了一些最优雅、最可能的变种。

当科学家们校准LHC仪器时，跳过了通常的质子-质子碰撞，而是选择将质子撞击铅核，他们注意到一个令人惊讶的现象:由此产生的亚原子弹片通常所走的随机路径被明显的协调路径所取代。

一种解释这一现象的理论认为，撞击创造了一种奇异的物质状态，叫做夸克-胶子等离子体它像液体一样流动，冷却时产生协调的颗粒。布鲁克海文国家实验室和大型强子对撞机之前都创造出了QGP——宇宙粒子之外密度最大的物质形式黑洞——通过碰撞铅和铅等重离子黄金．如果质子-铅碰撞产生的QGP被证明是可能的，它可能会极大地影响科学家如何看待大爆炸之后的情况，当时QGP处于短暂的鼎盛时期。18新利最新登入只有一个问题:碰撞应该没有足够的能量来大量产生假设的夸克汤[来源:欧洲核子研究中心；格兰特；罗兰和阮；比］．

尽管大多数物理学家支持这个想法，尽管它存在问题，一些人认为第二种解释涉及一个理论领域胶子这种粒子能够调节强作用力，并将夸克和反夸克粘合成质子和中子。该假说认为，胶子以接近光速的速度快速运动，形成了导致它们相互作用的场。如果正确的话，这个模型可以为质子结构和相互作用提供有价值的见解[来源:格兰特］．

尽管听起来不合逻辑，但许多物理学家希望大型强子对撞机能在标准模型上戳出一些漏洞。毕竟，这个框架是有问题的，也许一两个惊天动地的发现会证实超对称性，或者至少会指向新的研究方向。正如我们所提到的，LHC在每一次验证标准模型的同时，对奇异物理学进行了多次打击。当然，结果还没有全部出来(有大量可怕的数据需要分析)，而且LHC还没有达到14太电子伏特(TeV)的全部能量。然而，让标准模型看起来很糟糕的可能性并不乐观。

如果2013年一份关于b介子衰变的报告有任何迹象的话，或许它们确实如此。它显示了18新利最新登入b介子衰变为一个k介子(又名介子)和两个介子(类似于电子的粒子)，不会产生任何介子眉毛除了衰变遵循了一种标准模型无法预测的模式。不幸的是，这项研究目前还没有达到“穿着实验室大褂跳舞”的门槛。尽管如此，这个数字还是足以让人产生希望，对其他数据的分析可能会让它从红色区域上升到终点区域。如果是这样，奇怪的模式衰变可以提供许多人正在寻找的新物理的第一眼[来源:约翰斯顿；奥尼尔］．