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主题：探索量子宇宙——粒子对撞机的任务（1） -- 邪恶本质
（说明：本文由高能物理顾问组的报告"Discovering the Quantum Universe"翻译而成。仅仅是出于个人兴趣，并未得到原作者的任何授权，因此不对文中出现的任何错译和漏译承担任何责任，但是欢迎指出翻译错误。译者欢迎转载，但请保留该说明并注目出处。该报告的英文原文可在 这里 找到并免费下载。）
“量子宇宙”是什么意思？
探索宇宙由何物构成以及它们如何起作用是粒子物理的挑战。“量子宇宙”定义了用量子力学——它支配着微观的亚原子世界的行为——来解释宇宙的任务。它描述了粒子物理的一场革命，以及我们对于宇宙的奥秘和美的理解的突飞猛进。
介绍 探索量子宇宙
当前是粒子物理学发生剧烈变化的时代。最近的实验证据要求一个关于宇宙的革命性的新图像。即将到来的发现将用新的物质形态、新的自然力和新的时空维度拓展（我们的）想象力。突破将来自下一代粒子加速器——目前正在欧洲建造的大型强子对撞机和计划中的国际直线对撞机。这些加速器上的实验将革新你关于的宇宙的认识。
前往太电子伏尺度
粒子物理学家将前往一个广阔的新的科学未知区域。当他们这样做时，在接下来的十年里，他们将面对一个他们当中很多人穷其一生所建立理论且梦想的关于发现的领域。这个未探索的区域就是太电子伏尺度，用太电子伏特(Teravolts)的粒子加速器能量——它将展示新的科学发现——来命名。下一代的粒子加速器是物理学家通向太电子伏尺度和隐藏支配着宇宙的物理规律的本质的秘密的车票。物理学家相信，他们一旦看到了太电子伏尺度，宇宙看上去绝不会和以前一样。
尽管物理学家不得不去探索太电子尺度，他们对于将会找到的东西已有想法。过去三十年的实验和理论产生了很多关于它的特征和轮廓的线索及预言——一本介绍从来无人见识的国家的详细旅行指南。在欧洲CERN的大型强子对撞机将很快显示理论的指导手册与太电子伏尺度的现实之间是何种关系。来自这些实验的真实数据将重写理论物理学家的《量子宇宙指南》。
大部分理论都赞同一些特定的太电子伏尺度的特性。大部分物理学家希望能够找到希格斯玻色子，或者无论哪种并非希格斯粒子，但起希格斯粒子一样作用，能给予物质粒子质量的粒子。迄今为止的实验和理论看上去都显示着在太电子伏能量上存在某种类似希格斯粒子的东西，防止宇宙和它内部的一起以光速彼此分离。LHC实验极有可能发现它。当他们成功时，这发现将是技术和人类智力的胜利。确定性稍小但是依然明显可能的是暗物质、空间的额外维度、所有已知物质粒子的“超对称伙伴”、平行宇宙以及完全未知的现象的发现。
如同发现一个从未涉足的大陆一样，在LHC上对太电子伏尺度的探索将永远改变宇宙的“地理”。但是也存在着对LHC的视野的限制。对于太电子伏尺度的物理的全面领会需要一个全面的来源和精细的不同种类的信息。同LHC一道，物理学家提出了第二个关于太电子伏尺度探索的粒子加速器，它使用不同种类的的粒子——用电子替代了LHC的质子——和不同的技术。LHC指出了道路，直线加速器则提供太电子伏尺度缺少的图景并写下指导手册缺少的篇章。
例如，如果LHC的实验发现了希格斯粒子或者类似希格斯粒子的东西，直线加速器将介入给一特写。它是否真的是希格斯粒子？它是单独的，或是还有“亲戚”？它怎样和周围的粒子相互作用？
LHC实验将很好的鉴定暗物质——在宇宙中重量超过可见物质五倍的神秘组分——的候选者。在LHC上观测到的暗物质将是一个特别的发现，又一次的，直线对撞机能够发现物理学家需要的信息：它是否真的是暗物质？它是否具有所有的暗物质必须的性质？它组成了所有的暗物质，还是仅仅一部分？如果LHC的实验发现了超对称、额外维度或者平行宇宙的证据，直线对撞机则具有探索它们的真正本质的能力。
伴随来自LHC实验的图像，直线对撞机的范围与太电子伏尺度的物理相交。它也能够提供另一个特殊的能力。使用来自LHC发现作为参考，它能够探测发生在能量远超过太电子伏尺度的现象的量子效应，扮演了一个从太电子伏尺度到爱因斯坦梦想的能量尺度——这里自然界所有的不同种类的力可能统一成一种——的望远镜。
直线对撞机的设计可以允许它作为一个太电子伏尺度的全区域探测器，适应深度研究LHC所作的发现。LHC发现的关于太电子伏尺度的信息越多，直线对撞机所将做出的发现也越多。
关于太电子伏尺度的明确图景将等待在下一代加速器——马上就要成为现实的LHC，尚处于计划中的直线对撞机——上的实验结果。探索量子宇宙给出了在这个新的科学领域里面实验将回答的问题的最好估计，伴随着三个主题：太电子伏尺度的秘密，暗物质之光和爱因斯坦的望远镜。
不过那玩意儿烧钱比卖油还快
（本段是内容概要的页边）
发现方案伴随三个主题
1.太电子伏尺度之谜。LHC应该发现希格斯粒子以及其它新粒子。在直线对撞机上的实验则接着集中到这些现象以发现它们的秘密。希格斯粒子的性质可能预示着空间的额外维度或者解释物质相对反物质的绝对优势。粒子的相互作用能够揭示一个由超对称塑造的宇宙。
2.暗物质之光。绝大部分太电子伏尺度的物理理论都包含新的具有对暗物质做贡献性质的重粒子。这些粒子可能在LHC上首先制造出来。直线对撞机上的实验，和专门的暗物质搜寻实验结合起来，将看出它们是否是真的暗物质。
3.爱因斯坦的望远镜。依据太电子伏尺度的一个有利之处，直线对撞机能够起一个探测更高能量的望远镜的作用。该能力提供了做出超过人类能够建造的加速器所能直接达到的发现的潜力。通过这种方式，直线对撞机能够聚集于爱因斯坦关于一个大统一理论的远见上。
来自太电子伏尺度的明信片
太阳温暖了地球，但是我们生活在一个空间温度仅仅比绝对零度高上三度的宇宙中。它的能量如此之低以，至于我们不再能看到何种空间处于其诞生时的火焰之中。当宇宙从大爆炸冷却下来后，它经历了一系列的相，其中每个相都处于一个更低的能量，每个都有它自己的一套粒子以及遵循它自身的物理定律的作用力。
粒子加速器则给予了我们回去再访我们早期宇宙的机会，去观察在我们的时代不再可见的现象。这些高能现象对我们很重要，因为我们今天的宇宙依然能够感受到它们的印记。那些处于我们宇宙中纷乱的现象之后的秩序在高能下变得清晰。
例如，许多理论预言在大爆炸之后的极端能量下，所有的自然界的力成为一个单独统一的力，当宇宙降温时，它们分开成为我们现在知晓的四种力。重新连接到早期宇宙将揭示引力是如何与电磁力作为单一自然定律的不同方面而相互关联的。
从1950 年代的早期回旋加速器开始，粒子加速器就作为通向越来越高能量的通行证。整个物质结构的标准模型，同它的基本粒子和力一道，从粒子碰撞的不断提升的能量中显露了出来。每一代加速器都建立在前一代的发现之上，以更加深入探寻宇宙的历史。现在，具有目前最高能量的新一代加速器将运行以探索一个能量区间——太电子伏尺度——相当于当前空间能量的一亿亿(ten thousand trillion)倍。来自太电子伏尺度的明信片将回答关于宇宙的根本问题。
此外，太电子伏尺度并非故事的结束。那里的发现可能揭示发生于在粒子加速器永远也不能直接达到的高能量下发生的现象。这些来自普朗克尺度的明信片曾经看上去是一个无法到达的幻想。通过来自太电子伏尺度地址的转发，它们可能会在某一天到达。
对超弦理论、大爆炸等等的探索，都有可能在TESLA上获得突破性的发现。呵呵，这辈子终有可能看见理论物理的大发展，想想也是幸福的。
不知道你看的是什么时候的资料。
Tesla 曾是德国 DESY 计划的下一代电子-正电子直线对撞机。同时，美国 SLAC 和日本 KEK 也都在规划各自的直线对撞机（CERN 也作了些预研，不过技术更为超前，可能会是下下一代直线对撞机的前身。），后来觉得一家投入成本太高，而且太浪费，于是开会研究合作，这直接导致了新的国际直线对撞机(ILC)计划的诞生。国际直线对撞机从一开始就是一个国际合作的项目。原有项目中的技术设计则被有选择地吸收进入了新的对撞机。比如2004年的时候的会议决定加速腔部分采用Tesla建议的超导磁体。探测器的部分还没有定下来，大的规划就有4种不同的方案。
目前ILC还没有选定在何处兴建，德国、美国、日本都是强有力的竞争者。可以确定的是2009年开始建造。
ILC的主要目标还是针对LHC发现的精确测量，比如 Higgs，超对称粒子、暗物质、额外维、CP破缺的起源等等。这些中的每一项都会深刻变革我们对宇宙的认识。至于对于超弦的验证么，至少让超弦理论拿出一个能够被实验检验的预言再说吧。反正我是看不出来目前超弦理论有啥可供检验的成果。
我目前翻译的这篇文章就是主要谈LHC和ILC能够做什么，以及它们的结果将如何改变我们的观念的。
惭愧惭愧，这几年没太注意这方面的动向。
关于大型加速器，无论未来的LC冠名什么，我觉得它一直没建起来的原因倒还不仅仅是经济上的，实际上理论也不大跟得上，要投那么多钱下去说服力不大够。这几年大型加速器不像以前那么热，也是因为没什么拿得出手的发现。在当初高峰期的时候，各国纷纷建造更大的加速器去寻找其他夸克，结果呢，近二十年没收获，直到费米实验室最后终于找到。那以后的十年又是什么发现都没有。也许世界需要的是另一个爱因斯坦，而不是另一个更大的加速器。毕竟，NO theory had successfully predicted the energy of the top quark, right?
超弦，我不大熟悉。不过我记得，好像它隐含世界是超对称的。那么如果能发现超对称粒子，即使是最轻的那种，对它也应该是一种支持？
好久没关心过科学方面的事了，说得不对的地方请包含
这是俞允强老师在上课的时候反复提到的一句话。
物理学的理论首先要有观测事实以及从中抽象出的假设作为前提，然后才能进行逻辑推导，并能够导出能被实验所检验的结论。一个理论如果仅仅是解释目前的现象，而没有可供定量检验的推论，这个理论就是毫无意义的，或者不算是物理理论。因为它无助于我们对这个现象的理解和认识的深化。
至于你觉得没有建造，是因为理论跟不上，这完全是一个错觉。现在的粒子物理的理论不是太落后，而是太超前。做超对称的家伙统统在计算高能量下可能出现的新粒子的反应截面以及可能找到它们的过程，每年这方面的文章数以千计。但是，目前的实验能量上不去，没法检验，那么这些理论就只能是空中楼阁。只要没有检验，那么理论就能提出无数种可能，引入各式的场，关键是，这些种类繁多的理论该有什么意义、我们该相信哪个？没有实验检验，这些东西就是玄学了，另一种使用数学公式的玄学！
LHC是上个世纪80年代开始计划的，美国同时也在搞一个和它竞争的超级超导对撞机，但是由于早期设计上的失误，导致超级超导对撞机的预算远远超出了原先的计划，于是干脆被美国人自己砍掉了。LHC到后来也变成了一个国际合作的项目，因为没有政府能单独负担这些实验的费用。美国人现在在尽量争取让ILC在美国建造，他们意识到一旦LHC开始运行，今后十年内粒子物理研究的重心必然转移到欧洲，他们需要在下一步上赶上来，重新获得在这方面的领导地位。至于LHC为什么要明年才开始运行，那是因为建造这种大家伙不是一件容易的事情。光是在地下几十米的地方挖一个周长27公里的的精确圆形隧道就很难办了，何况要把总重几十万吨的探测器各个部件分别制造并安放到位！
那是因为没有高能量的大型加速器，现在最高能量是美国Tevatron，刚刚到一个TeV，而且亮度并不够，没法做出制造Higgs这等有价值的发现，但是能够直接制造出top quark就非常不错了。
加速器实验的最大问题还是缺钱，没有政府能够单独负担如此巨大的开销了，美国政府也不行。
关于top quark的质量，其实在标准模型下面，所有的夸克质量都没法预言，而是作为输入参数存在，需要来自实验的数据。量子场论的基本假设让我们没法预言任何基本粒子的质量，这个不是什么理论能够解决的，再来一百个爱因斯坦也不行。即使是这样，通过来自实验的输入参数，目前的标准模型理论已经做出了足够多足够好的预言了，并且和实验符合得很好。需要指出的是，标准模型基本上是一个在TeV尺度之下的理论，在更高的能量有新的物理，这些新的物理可能是超对称，也可能是额外维，理论已经够多了，预言也够多，但是只有新的实验才能完成对这些理论的检验。
至于超弦，现在还没有直接预言出在某个能量尺度会出现什么现象，所以现在无法检验。超弦理论要求超对称，因此发现了超对称粒子是对超弦的一个间接的支持，但是离直接的、确定性的支持还很远。很多人只是相信超弦能带来物理学的革新，但是目前搞超弦的基本算是在搞数学，离真实的物理世界还差着老大一段距离，而且看来在短期内是无法给出什么具有物理意义的可供检验的预言的。
概述：探索量子宇宙
从发现电子开始，粒子物理学家们成功地冒险深入到原子内部的未知世界中。他们发现了一种从未被期望或者预言——即使是爱因斯坦也没有——的结构和简单性。他们的发现重新定义了人类关于物质世界的概念，把宇宙中最小的单元和最大的、以及宇宙诞生的最早时刻联系了起来。
A 太电子伏尺度之谜
相关问题：
还有未发现的自然规律——新的对称性，新的物理定律吗？
如何解开暗能量之谜？
存在额外的空间维度吗？
反物质发生了什么？
在今后十年里面，CERN的大型强子对撞机(LHC)上的实验将突破进入太电子伏尺度——一个处于目前的粒子加速器极限、物理学家相信他们能够在此找到当代粒子物理学核心问题答案的能量区间。
LHC将把太电子伏尺度暴露在直接的实验研究之下。目前的实验暗示它隐藏了一种全新的物质形态——给予粒子质量的希格斯玻色子。除此之外，物理学家相信太电子尺度将持有这些新奇的现象的证据——暗物质、额外的空间维度，以及基本超对称粒子的完整名单。
第一个目标是希格斯粒子。在过去的几十年，理论的突破和精确的实验导致了粒子物理标准模型的建立，该模型预言宇宙中存在一个无所不在的能量场，接触着宇宙里的一切事物。它就像一种隐形的量子液体，充满了真空，让速度减慢，给予物质质量。没有希格斯场的话，所有的物质都将粉碎，原子将以光速彼此远离。
到目前为止，没人看到过希格斯场。为了探测它，粒子加速器将首先制造出希格斯粒子，然后测量它们的性质。LHC被设计为拥有足够高的能量，以制造出希格斯粒子并且启动探索过程。
为了研究希格斯如何作用，实验必须在没有依据任何理论假设的情况下精确测量希格斯粒子的性质。这些精确的模型无关的实验是直线对撞机物理的特征，在LHC的复杂实验环境下不可能实现。直线对撞机能够检验在LHC上发现的希格斯粒子是否是唯一的希格斯粒子。它是否精确的具有合适性质以赋予基本粒子质量？或者它包含有预示进一步的发现的其它新粒子的混合物？直线对撞机将能够在百分之一的精度水平上干净且精确的测量希格斯粒子的关键性质。
然而，希格斯粒子的发现将引发一个新的令人困惑的问题：根据我们目前的理解，希格斯粒子应该具有超过太电子伏特尺度一万亿倍（a trillion times）的质量。尽管希格斯粒子给予了太电子伏尺度的粒子以质量，但它本身的质量应该大得多。为什么希格斯粒子的质量会落在太电子伏尺度？
多年以来，理论物理学家们试图解开这个谜团，他们想出了包括超对称、额外维和新的粒子相互作用的多种可能性。如果有的话，哪一种理论是正确的？挑选出正确理论是LHC和直线对撞机的任务。LHC有足够的能量去全面研究太电子尺度的图景。然后，直线对撞机能够缩小范围以把理论彼此分开。
例如，超对称和额外维度的理论预言了和希格斯粒子有非常近的亲缘关系的新粒子。其中一些将很难在LHC上探测到或者鉴别出来，也很难将它们同希格斯粒子区分开。直线对撞机的实验则具有让物理学家们鉴别这些粒子并精确找出它们如何与普通物质相互联系的独特能力。
太电子伏尺度可能包含了大部分粒子物理学中最基本问题的答案。宇宙中物质相对反物质的绝对优势依然是一个谜，但是部分答案可能存在于某种未知的相互作用，该相互作用对待物质和反物质稍有不同——也就是说，存在于物理学家称为CP破坏的物质-反物质不对称性的未知源头中。在LHC，很难得到太电子伏尺度物理的CP信息。然而，在直线对撞机上的实验则能够发现并测量物质-反物质不对称性的新起源。
研究太电子伏尺度将让物理学家深入新的科学领域，同时复杂的理论框架将面对实验数据。从理论和实验数据的冲突中，将会诞生一幅关于量子宇宙的深刻改变的图像。
《科学》杂志的125个问题。第一个问题：宇宙由什么构成？
CERN，ATLAS的探测器的安装。
[SIZE=3]暗物质之光[/SIZE]
相关问题：
* 什么是暗物质？
* 我们如何在实验室制造它？
Dark, adj. 1a. Lacking or having very little light. b. Lacking brightness.8. Difficult to understand; obscure. 9. Concealed or secret; mysterious.
组成暗物质的粒子有多种候选者。当粒子物理学家意识到某种东西下的理论太复杂时，他们把它叫做“麋鹿”。作图：Michael S. Turner
过去的十年见证了惊人的发现：宇宙中百分之九十五的组分不是由普通物质所构成，而是暗物质和暗能量。天体物理学的观测表明了宇宙只有百分之四是由类似于地球上的物质所组成。百分之七十三是暗能量，百分之二十三是暗物质。
暗能量是一种神秘的充斥于虚空之内的力量，让宇宙的膨胀加速。物理学家不知道暗能量是什么、它如何作用以及它为何存在。他们只知道它最终将获得一个粒子物理学上的解释。暗能量是否和希格斯场相关？超对称的发现将提供可能的联系。超对称为希格斯场和暗能量都提供了自然的解释。
黑暗宇宙的决定性证据来自于许多资料，包括天体物理对星系团的观测——如果可见物质是把它们结合在一起的唯一物质，它们将早已分开。和银河系一样靠近家园的地方，单独的可见物质无法保持恒星在它们的轨道上运动。暗物质让宇宙结合在一起。
什么是约束星系以及保持宇宙不至于分崩离析的暗物质呢？尽管暗物质不是由和世界上其它东西一样的材料组成，物理学家依然有它的身份的一些线索。宇宙学的测量倾向于“冷”暗物质——低速运动的重粒子——作为主要组分。然而，目前来说，宇宙的黑暗面依然是一个迷。
此外，没有理由认为暗物质会比具有多种夸克和轻子的可见物质简单。新的粒子通常不会单独出现。例如，1932年正电子的发现就预示着一个新的反物质粒子的世界。现在，挑战是通过在实验室中制造暗物质粒子来探索暗物质的世界。
如果暗物质是由弱相互作用重粒子（类似于中微子的重型版本）组成，宇宙学的计算表明它们应该具有太电子伏特尺度的质量，在 LHC 和 ILC 的能量范围内。这种在太电子伏特尺度上的结合是否是一个巧合？尽管发展于不同的动机，大部分关于太电子伏特尺度物理的理论都假设了可能对暗物质有贡献的粒子。例如，一种经常被提起的暗物质候选者是最小质量超对称粒子——中性子（neutralino)，理论上处于太电子伏尺度。LHC 和 ILC 具有制造和宇宙中所存在的暗物质同样的暗物质粒子的潜力。
除了加速器实验，其余的实验正在地下深处的高灵敏度探测器中测量独立的暗物质粒子。还有，天体物理实验，正在搜寻空间中暗物质湮灭的宇宙线遗迹。然而，没有加速器实验的帮助，就没有实验能够肯定地识别暗物质。
加速器实验将能够把暗物质粒子放入词条。例如，LHC 可能在粒子碰撞中识别某种暗物质粒子。然后直线对撞机就可以集中去探测其质量和相互作用强度——取得其指纹并且做出明确的鉴定。通过对能量尺度的精细调整，直线对撞机也可以淘出可能隐藏在LHC的多数碰撞中的任何潜在的暗物质候选者。
直线对撞机上的测量将允许计算某种暗物质候选者在宇宙中的密度。与之并列，日益增长的精密的宇宙学观测将测量暗物质的密度到一个对应的精度。对撞机和宇宙学测量的符合将为该候选者真的是一种暗物质提供压倒性的证据。
T？1000000000000？
10^12
更低是相对的，与谁相对？
是不是“其中每个相都处于一个比以前更低的能量，”
要么老外的说话方式不同？
意思确实是每个相的能量都比前一个低。
我承认当时在翻译的时候考虑得不完全，本人的中英文文水平都低，将就着看吧。