作者：Zeeya Merali
似乎大型强子对撞机（LHC）要寻找的东西还不够多。它已经被委以重任，去寻找传说中的希格斯玻色子、额外维度和超对称性，但物理学家们现在又在其待办事项清单中添加了更复杂的现象——包括可以解释宇宙加速膨胀的消失的维度。有些人认为，新的和奇特的物理学迹象可能会比预期更早地在LHC中出现。
今年3月，位于瑞士日内瓦附近欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机开始以7万亿电子伏特的能量对撞质子——这只是最终目标能量的一半，但已经比其最接近的竞争对手、位于伊利诺伊州巴塔维亚的Tevatron高出三倍。本周，粒子物理学家们聚集在巴黎举行的国际高能物理会议（ICHEP）上，讨论他们希望发现什么——以及这些发现可能何时出现。
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仍然位居物理学家愿望清单首位的是希格斯玻色子，这种难以捉摸的粒子被认为是赋予其他粒子质量的机制的一部分。紧凑渺子线圈（CMS）实验的副发言人阿尔伯特·德·鲁克表示，如果粒子物理学的标准模型正确预测了其特性，那么收集足够的数据来找到希格斯玻色子应该还需要大约两年时间。
但在希格斯玻色子之外，研究人员希望看到新物理学的证据。到目前为止，加速器实验已经反复证实了标准模型的预测，该模型涵盖了所有已发现的粒子、希格斯玻色子以及自然界的三种基本力：电磁力；控制放射性的弱力；以及将夸克结合在一起的强力。“这很令人恼火，因为从数学的角度来看，我们知道标准模型一定是错误的，”罗德岛州普罗维登斯布朗大学的粒子物理学家格雷格·兰茨伯格说。该模型在高能量（例如早期宇宙中预测的能量）下会崩溃，除非物理学家篡改数字，否则粒子相互作用的强度会给出无限大的答案。
超对称性（SUSY）是对标准模型的一种补充，它消除了这种微调，它假设所有已知粒子都存在更重的双胞胎。德·鲁克说，这些超对称双胞胎可能会在几年内在LHC中出现。
LHC的另一个重大收获将是额外维度的证据。这些是由一些弦理论提出的，该理论将宇宙的基本组成部分描述为无休止振动的弦。如果额外维度存在，它们的存在可能会表现为碰撞碎片能量的不足，表明在碰撞中产生的一些粒子可以进入这些维度。德·鲁克说，碰撞期间出现的微型黑洞也可能暴露这些维度的引力效应。
加速器已经达到了这些新粒子和奇异效应出现的所需高能量。但德·鲁克说，该机器需要提高其碰撞率，以产生足够的数据来证明罕见的异常现象不仅仅是统计上的偏差。
有些人认为，通过专注于超对称性和额外维度，物理学家可能会错过更早出现的新物理学迹象。加利福尼亚州劳伦斯伯克利国家实验室的物理学家佐尔坦·利盖蒂和他的同事们计算出，随着LHC的能量提升，它将产生足够的碰撞来产生某些弦理论提出的假设“双夸克”粒子的清晰信号。“即使只有相对较少的LHC数据，如果你知道要寻找什么，你也可以证明标准模型是错误的，”利盖蒂说，他有一份他将在ICHEP上公布的要关注的新粒子清单。
兰茨伯格希望以更宏大的方式超越标准模型。他正在提出一个雄心勃勃的新理论，即宇宙中的维度数量随着宇宙尺寸的增长而增加。他和他的同事们提出，宇宙最初只有一个空间维度和一个时间维度。“将宇宙想象成一条一维的线，随着它的增长，它逐渐编织成二维的挂毯，然后进一步包裹起来以创造三维，”他说。
兰茨伯格说，减少早期宇宙的空间维度可以避免标准模型的问题，因为不需要的无穷大只出现在描述三个维度的方程中。该团队还计算出，第四个空间维度将表现为一种内在能量，将三维宇宙向外推。这种效应大致与宇宙加速膨胀相匹配，目前宇宙加速膨胀归因于神秘的“暗能量”。“暗能量是第四空间维度的回声，”兰茨伯格认为。
消失的维度
兰茨伯格说，当机器接近大爆炸后不久出现的高能条件时，LHC可能会揭示一个空间维度消失的“壮观证据”。如果他的想法是正确的，那么LHC将很快开始进入二维宇宙。“你期望在三个维度中喷射出来的碰撞碎片，将反而被限制在一个二维平面中，”他说。
消失维度的证据可能已经在宇宙射线进入我们大气层时产生的粒子簇射中被发现。德·鲁克最近接触了一个物理学家团队，他们在重新分析15年前在中亚帕米尔高原收集的宇宙射线数据时发现了一些“奇怪的结果”。德·鲁克说：“与预期的粒子喷流向四面八方喷射不同，这些喷流以一种无法用传统模型解释的方式奇怪地对齐。” CMS合作组织已经在计划查看是否可以在LHC中重现这种效应（M. Deile 等人 http://arxiv.org/abs/1002.3527v1; 2010）。
“兰茨伯格的模型仍然具有高度的推测性，但它可能恰好是其特征已被发现，”德·鲁克说。“这肯定是我们想要尝试在LHC中确认或排除的东西。”