最有可能撼动物理学未来的实验

来源: www.people.com.cn

短期中微子震荡BoreXino实验：或许会发现惰性中微子

长基线中微子实验

HL-LHC和ILC

NOVA和T2K：确定中微子的属性

ALTAS和CMS升级

冰立方中微子天文台

GERDA和MAJORANA

直接探测暗物质

暗能量调查

美国《连线》杂志网站近日报道指出，希格斯玻色子的发现标志着现在的粒子物理学已经终结。接下来的几年内，物理实验将集中在厘清暗物质、中微子和希格斯粒子的属性等之上。以下十大实验获得的数据和结论或许会开启一个全新的物理学时代。

发现希格斯粒子：开启物理学新时代

2012年7月4日，欧洲核子研究中心（CERN）的科学家们宣布，他们发现了一种新粒子，其行为方式和标准模型中的希格斯粒子相似，疑似“上帝粒子”。2013年3月14日，CERN发布公告称，对更多数据的分析显示，该中心2012年宣布发现的新粒子“看起来越来越像”希格斯玻色子，计算结果“强有力地表明它就是希格斯玻色子”。

希格斯玻色子被认为是物质的质量之源，有“上帝粒子”之称，它是粒子物理学标准模型“缺失的一环”。自20世纪60年代发展起来的物理学标准模型，是一套描述强作用力、弱作用力及电磁力这三种基本力及组成所有物质的基本粒子的理论，其依赖于希格斯玻色子的存在。

物理学家们认为，希格斯粒子的发现将有助于他们在未来收获更重大的理论，其中包括能解决困扰标准模型问题的理论。但也有人认为，希格斯玻色子的发现，让物理学置身于更令人困惑的境地。据媒体报道，2013年11月初，英国著名物理学家斯蒂芬·霍金在伦敦科学博物馆举行的对撞机展上表示，“上帝粒子”的发现令他失望，如果没有发现这种粒子，物理学研究将变得更有趣。

或许，这听起来有些匪夷所思，但其实，有些物理学家希望甚至期盼希格斯粒子最终被证明与他们预测的并不一样，至少，希格斯粒子的属性与标准模型预测的迥然不同，这样，希格斯粒子将成为科学家们创建新模型的“见证人”。但结果表明，希格斯粒子的质量几乎与标准模型预测的一样。另外，科学家们曾经希望会发现其他新奇粒子存在的证据，指向其他理论，比如，目前流行的超对称理论。这一理论假定，所有已知的亚原子粒子（电子、夸克和质子等），都存在着一个质量更大的“孪生兄弟”，但结果却是一场空欢喜。

发现希格斯粒子反倒让我们更加失望了，那么，我们该如何摆脱这种困境呢？科学家们的回答是：获得更多的数据。在接下来的几年内，他们将专注于以下十大实验，希望其能回答与暗物质、中微子和希格斯粒子的属性等有关问题，为我们勾勒出未来物理学的大致轮廓。

ATLAS和CMS升级：调查希格斯粒子和暗物质的关系

超环面仪器（ATLAS）与紧凑渺子线圈（CMS）是通用型的粒子侦测器，也是LHC的两大关键实验。ATLAS的研究人员、芝加哥大学的粒子物理学家戴维·米勒认为，这两大探测器在发现希格斯玻色子的过程中发挥了重要作用。目前，工程师们正在紧锣密鼓地对其进行升级，预计到2015年重新启动。

实际上，ATLAS和CMS根本无法看见希格斯粒子，它们看见的是希格斯粒子衰变成的夸克、反夸克或者两个光子等。科学家们现在试图通过对已有数据进行分析，厘清希格斯粒子衰变成不同粒子所需的时间，以进一步确定希格斯玻色子的属性。同时，他们或许也能发现，希格斯粒子衰变成了这两台探测器没有发现的其他粒子。美国加州理工学院的粒子物理学家玛利亚·斯皮罗普鲁表示：“希格斯粒子或许会变成某些真正奇怪的东西，比如暗物质粒子等。”

天文观测结果告诉我们，暗物质拥有质量，而希格斯粒子会赋予其他粒子质量，因此，希格斯粒子与暗物质之间很可能有关，LHC提供的数据能告诉我们它们之间的关联有多强。如果科学家发现这种关联，将会打开一个全新的研究领域。