主题：探索量子宇宙——粒子对撞机的任务（1） -- 邪恶本质

http://www.nytimes.com/2006/12/05/science/05china.html?em&ex=1165554000&en=3abb1d6f0287eef5&ei=5087%0A

大家看看国际热核聚变实验反应堆（International Thermonuclear Experimental Reactor，缩写为ITER）从85年开始讨论，05年才有结论，在法国建造。像这种在能源领域有巨大科学意义的项目尚且如此，对于ILC何时能够兴建，恐怕要等LHC的进入运行，并借产生明确的物理结果以后才能确定。

经费大概是ILC最大的问题，预计需要50亿美元以上,相比起来，LHC计划中来自美国政府的全部资助也只有区区3000万美元（当然还有来自美国其它渠道的经费）

即使确定建造，由于政治的原因，很难想象美国会同意支持在中国建造。而且，如果在中国建造，中国作为Host，我猜至少要出10%以上的经费，而中国现在用于所有基础研究为87亿人民币每年，其中粒子物理只占一小部分。

当然，如果中国能够争取到在中国兴建ILC，中国将第一次拥有世界上最好的基础研究基地，对于中国的基础科学发展会起到非常大地推动作用，这就要看国家领导人有没有这个魄力了。

这个基本上是确定的事情。

另外明年或者后年就要确定建造地点了，说实话，国内缺乏建设这种加速器的能力，高能量的直线对撞机的预研是十多年前就在美国slac，欧洲desy和日本kek各自独立进行的，三个地方都提出了自己的从加速器到探测器的不同方案。后来才成立ILC，并经过讨论决定了采用德国desy的加速器方案，使用超导谐振腔。

基本上现在竞争建造地点的也只有三个——美国好像是fermilab，德国是desy，日本是kek，毕竟这三个地方都有较多的人力从事相关的研究，工程上的技术也比较先进。cern现在专注于搞LHC了，估计会继续研究下下一代的直线加速器——CLIC（Compact Linear Collider），而不会在ILC上投入较多的人力和物力。

我倒是很希望国内能够建造这样一个大型的加速器的，这样不仅仅是在基本粒子物理的前沿领域有了比较有利的地位，而且间接地能促进工业水平的进步，毕竟很多新的技术就是先在实验领域应用以后才过渡到民用的。但是，从国内的相关方面的人才储备和技术水平来看，离这个目标还是太遥远了。

探索额外维度

弦论的一个预言——对空间额外维度的探索，将戏剧性地改变时空的概念。空间的每一个点都有和它联系在一起的额外维。额外的维度可能非常小或者以其它方式隐藏起来看不见。物质可能由生活在额外维度中的粒子构成并感受到它们的效应。在额外维度中运动的粒子可能具有额外的能量，让它看上去象是一个更重的它。测量这些粒子的质量和其它性质将显示附加的维度看上去是什么样。

如果在太电子伏尺度存在额外维，那么LHC将发现它；实验将寻找那些粒子消失于额外维中的碰撞。直线对撞机实验将能够通过探测对普通粒子的行为的微小扰动而发现更小的额外维度。直线对撞机能够探测维度的数目、它们的尺度和形状，以及有何种粒子在里面。

粒子讲述故事

对牛顿来说，它是苹果。对爱因斯坦来说，它是火车和瑞士时钟。目前，物理学家用粒子去探索微观世界中新的自然规律。新粒子的发现通常是一个全新的揭示宇宙未知的特性的故事的开篇。

当电子的兄弟——正电子首次被探测到时，探索超出了粒子鉴别的范围。正电子揭示了宇宙中隐藏的另一半：反物质世界。正电子表明了如何协调相对论和量子力学。它讲述了一个关于时空结构的崭新故事。

当物理学家首次在比利牛斯山顶的宇宙线探测器中观测到π介子时，他们迷惑了。不久，粒子加速器就制造出了多种π介子的表兄弟：η介子，δ介子，ρ介子、ω介子。物理学家为了给这些粒子命名用完了所有的希腊字母。最后，这个故事变得明朗。这些粒子根本就不是“基本”粒子，而是通过一种新的力所聚集在一起的夸克小口袋。这种力是如此之强，以至于没有夸克能够逃脱出去。

宇宙的其它面貌可能将以新粒子的形式显露出来——例如空间的额外维度。对我们来说，在微小的额外维度中运动的电子看上去不再像个电子；它将显示成为一个更重的新粒子，由于在额外维中回旋而变得更重。实际上，微小的额外维度暗示着一座完整的新重粒子的“塔”。使用加速器产生这些粒子中的一些将是一个重大的发现；一个挑战将是证实它们作为额外维度中运动者的身份。我们从这些粒子中能够学习到多少东西依赖于我们能在多好的程度上测量它们的性质。例如，通过测量它们的质量，物理学家能够发现额外维度的形状。

运用LHC和直线对撞机，物理学家希望在实验室中制造出暗物质。伴随着讲述关于黑暗及可见宇宙的全新故事的新粒子，他们可能很好地探索整个黑暗世界。

回来的路上迷上了玩恶魔城，所以最近更新得比较慢。见谅。

实验室中的暗物质

宇宙中有百分之四是常规物质，百分之二十三是暗物质，剩下的是暗能量。尽管宇宙中的暗物质的数目已经很清楚了，然而它的身份依然是一个谜。

物理学家提出了许多命名古怪的暗物质候选者：中性子（neutralinos），轴子（axions），引力微子（gravitinos），电荷球（Q ball），和弱相互作用重粒子（WIMPzillas）。为简单起见，大部分理论研究都假设所有的暗物质由单独的一种新粒子所构成。但是如果黑暗宇宙也像可见世界这样丰富多彩的话，这个假设以后有可能看上去就和古代的地水火风的理论差不多。

LHC和ILC的主要目标是通过在实验室中制造出暗物质粒子并研究他们的性质，从而鉴别出一个或多个暗物质组分。

天体物理的证据暗示着暗物质粒子将出现在太电子伏尺度，目前对粒子物理和宇宙学的了解让物理学家能够回溯到宇宙历史的早期。假设暗物质粒子是大爆炸留下的弱相互作用遗迹，物理学家能够运用观测到的暗物质密度去估计粒子质量。在许多不同的理论框架下的详细研究表明了暗物质粒子的质量处于太电子伏尺度。

在LHC工作的物理学家很可能找到太电子伏尺度的暗物质的第一个证据。但是它是否真是暗物质？它是否是暗物质的全部？它为什么会在那里？直线对撞机对暗物质粒子和它们与其它粒子的作用进行精确测量。直线对撞机实验能够揭示暗物质故事篇章中的“是什么”和“为什么”。

超对称

爱因斯坦关于一个统一理论的最大障碍是关于极大的规律和极小的规律之间的矛盾。量子力学揭示了一个无规矩的亚原子世界，从虚空中冒出粒子，然后消失。在宇宙的尺度上，我们看到恒星和星系按照不变的引力规律顺利运行。为了协调表观上的矛盾，新的定律必须存在，给量子宇宙带来秩序。弦论的一个预言——超对称—— 可能是关键。

超对称认为，所有的已知粒子都有更重的超对称伙伴，它们是给亚原子世界带来秩序的新粒子。最轻的超对称伙伴是一种暗物质的可能候选者，也许能够解释宇宙的结构。超对称也能够解释希格斯粒子的存在，以及对应多个类希格斯粒子。

一些最重的超对称伙伴也许能够在LHC上大量产生。它们会衰变成最轻的超对称伙伴粒子以及大量的常规粒子，在粒子探测器中留下精彩而复杂的信号。直线对撞机将最适合于产生较轻的超对称粒子。在一段时间内，直线对撞机能够关注某一种类的超对称粒子，非常干净地测量它们的性质，以确定超对称的对称性，以及揭示暗物质的超对称本性。通过这种方式，在直线对撞机工作的物理学家将能够发现超对称是如何塑造内部的工作原理和宇宙的宏伟设计的。

希格斯粒子的宇宙学表亲

希格斯粒子的发现将在粒子物理学中打开一个新的篇章，因为它将是一类新粒子中的第一个。目前发现的所有基本粒子都有自旋，如同一个永恒旋转的陀螺。希格斯粒子将是第一种没有自旋（译者注：自旋为0）的基本粒子。

另外，理论物理学家预言了其它没有自旋的作为宇宙学必要组分的类希格斯粒子的存在。希格斯粒子将是朝向理解无自旋粒子以及它们如何赋予宇宙当前形态的第一步。

为什么宇宙如此广大？理论认为宇宙经历过一个宇宙学暴涨，从它微观尺度的开始变成为目前的巨大尺度。为了引发暴涨，物理学家假设了一种或多种称为暴涨子（inflaton）的类希格斯粒子。

为什么宇宙在加速？宇宙学的观测证实了宇宙的膨胀正在加速。占了宇宙当前70%的暗能量，被认为是宇宙加速膨胀的原因。因为暗能量非常像宇宙学暴涨，许多物理学家相信暗能量很可能包括类希格斯粒子。

为什么会有不带自旋的粒子？一种可能的解释是超对称，它认为自旋的粒子具有不自旋的超对称伙伴。或者，如果有额外的空间维度，在额外维中自旋的粒子可能在我们的维度中不显示出自旋来。一旦科学家发现了希格斯粒子，他们计划去找出希格斯粒子为什么以及怎样存在，从而获得对暴涨机制和暗能量的深刻理解。

36.几个同学在实验室里讨论正负电子对撞机工作时会产生何种粒子，旁边一人听了半天说：“哦，原来正负电子对撞机是干这个的啊，我一直以为是给中央领导炼丹的呢……”（北大未名）

看PBS的一个节目，有关多为空间的，叫什么fantastic的东西，当时津津有味，现在忘了大部分，毕竟和那一行离的太远。其中有关用例子加速器来探讨多为空间是否存在的时候，我突然想到个问题：

为验证多为空间是否存在，用粒子高速轰击的时候，可能会出现引力子（或其它假设的什么子），然后这个引力子会因为速度／强度超大，逃逸入另外一个空间中，从而被探测器发现，间接验证。可是，我觉得多维空间如果存在，哪彼此之间肯定会存在着平衡，从这个空间进入另一个空间，就回打破平衡，哪另一个空间也肯定会同时产生相应的反应来维持平衡，譬如送回一个引力子，而这种相互传送可能是太快而觉察不到，这样的话能探测到吗？

粗粗一点想法，请勿见笑。

Extra dimensions并非指和我们的时空所独立的空间，而是指我们所处的时空本身就可能多于4个维度。

现在我们拥有的成功理论都是基于三维空间或者四维时空的，但是有些理论则认为时空可能存在更高的维度，比如超弦要求时空是11维的。但为什么我们只能看到3个空间维度呢？有些理论就说这些多余的维度在非常小的尺度上卷曲起来了，所以是没法看到的。但是在高能下，这些额外的维度可能会对粒子的一些性质造成影响，比如改变其表观质量（也就是我们测得的质量），这样的话，我们就可能知道额外维度的存在，甚至可以计算出额外的空间维度以及其形状。

你所理解的

应该是指粒子在高速下进入了额外的空间维度。这样粒子在额外的空间维度中运动具有动能，但是我们在三维的空间中探测到它，表现出的后果就是粒子变“重”了。

下图是一个理论上的卷曲的空间额外维度的例子

空间的每一个点都有依附于其上的额外维，就像这样

连载的第11部分就是在说这个，希望能对你的疑问有所帮助。

北京正负电子对撞机实验导致时空波动，从而让诸葛亮被陨石砸死。

星陨五丈原

所以，北京正负电子对撞机自己产生了自己。它横空出世，它楔入时空，它在未来影响过去，又凭借过去作用未来，它之前的一切历史都不过是过场，它之后的一切历史都不过是形式。

[MOVE]它之前的一切历史都不过是过场，它之后的一切历史都不过是形式。[/MOVE]

它就是MATRIX。

• 竟然认为俺另类……且完全忽略了俺精心创作的猪多搞笑作品，太扼腕了

于是电子和正电子碰撞，湮灭，产生了光子……

I didn't understand it from the beginning.