物理世界奇遇记的新粒子（上）

　　新物理学像暗物质一样隐藏了起来，如何发现新物理学的线索？物理学家在满怀期待和积努力探索中度过了漫长的时光，2012年，大型强子对撞机的科学团队首次发现了希格斯波色子，标准模型的最后一个完美预测得到初步证实。在高能级加速器的帮助下，科学团队还可能发现其它的粒子，新粒子的发现有助于人们对自然属性的认知。直到目前为止，从已经收集的所有实验数据进行分析，物理学家发现新粒子的希望似乎十分渺茫，不能说找到新的粒子是一种幻觉，但粒子物理学的发现之旅面临了严峻的挑战。
　　粒子物理的标准模型和天体物理的广义相对论都获得了极大的成功，它们已成为了物理学领域的主流理论，但物理学家没有停留在两大理论丰富成果的界碑前，两大理论还有不完备之处，它们的统一性遇到了不兼容的困境，量子物理和广义相对论是两种最杰出的理论，但它们在相互＂凝视＂或＂观望＂，没有进行面对面的＂交谈＂或＂对话＂。
　　两大理论的共存发生了不可调和的冲突，物理学家还没有找到化解两者冲突的工具箱，可能在某些领域取得更多的发现，但去哪儿寻找可能诞生新物理学的线索？粒子物理的＂藏身之地＂似乎变得十分狭小，物理学家还在竭尽全力地选择有效的方法，有些预期的粒子是他们正在搜索、也是最有希望发现的目标。
　　1，弱耦合。高能粒子之间的碰撞就像在LHC已经实现的那样，所有存在的粒子被加速到设计的能量级别，过去的粒子碰撞实验达不到目前的能级。科学家设想了新粒子的目标数量，它们依赖于粒子的耦合强度，这些粒子被输入了用于碰撞实验的环形轨道，对于大型强子对撞机LHC而言，实验使用的粒子是质子，或是构成质子的夸克和胶子。一种耦合作用非常弱的粒子可能以罕见的方式出现，甚至当它们悄然离去时，科学家还丝毫没有发现它们出现的踪迹。
　　物理学家设想的许多新粒子都落弱耦合的类型，参入弱相互作用的粒子从总体上衡量与暗物质粒子十分相像，其中最为科学家熟知的粒子是所谓的参入弱相互作用的大质量粒子(WIMPs)，惰性中微子是一种和已知轻子不发生耦合作用的粒子，轴子也是一种暗物质粒子的候选对象，预言轴子的存在有利于解决强相互作用的CP问题。对新奇粒子的搜索采用了两种方式，一种是直接的探测法，在地下矿井的大池子内监测罕见的粒子相互作用；一种是关注那些未有解释的天体物理现象，在天体物理的大事件中可能出现了间接的信号。
　　2，高能量。如果粒子不是弱相互作用的类型，那么人们也许已经注意到了它们，除非它们的质量超越了已达到的能量级别，但目前的大型对撞机还达不到这样的能级。在高能类型的粒子中，人们期望发现所有超对称伙伴的粒子，这些粒子似乎比标准模型中的粒子重很多，超对称被打破了，在高能条件下隐藏了激发态粒子，它们存在于极端紧凑的额外时空维度，这种物理模型规制的激发态粒子与高振谐的弦保持一致，它们在特定的能级上显现，而显现的机会依赖于额外时空维度的性质。
　　严格说来，不是质量与某种粒子的相关性决定了它们被发现的可能，而是能级与某种粒子的相关性成了发现的关键，能量是产生粒子的必要条件，其中包括了结合能，一种像强核力一样的相互作用。结合能展现某种幽闭性，只有在很高的能量条件下才能将夸克分割开来。夸克的质量很小。可能含有下一层级的构成成分，物理学家称之为＂亚夸克＂或普利昂斯。
　　亚夸克的相互作用被称之为＂技术色彩＂，与强核力相似，但最显著的技术色彩模型与几十年前采集的数据产生了冲突。＂亚夸克＂和＂技术色彩＂的概念没有完全消失，现有的理论模型没有受到特别的欢迎，一些改进的模型版本有一定的可行性，大型强子对撞机或LHC的科学家正在寻找亚夸克粒子和它们相互作用的现象，同时，物理学家没有放弃在高能宇宙射线中寻找它们存在的踪影。
　　（编译：2016-5-25）
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