大型强子对撞机正从根本上寻找宇宙缺失的部分

大型强子对撞机的科学家们正在探测粒子物理学标准模型之外的新粒子，旨在揭示其局限性，促进技术进步。随着希格斯玻色子粒子在 2012 年被发现，粒子物理学标准模型似乎已经完成。标准模型是物理学家目前对宇宙主要构件和四种主要作用力中三种作用力的最佳解释。但标准模型仍有许多无法解释的谜团。其中包括暗物质和暗能量。

由美国能源部（DOE）支持的物理学家们正试图弄清是否存在超越标准模型的粒子和力，如果存在，它们是什么。

明尼苏达大学双子城分校的娜佳 - 斯特罗贝就是研究人员之一。她在大型强子对撞机（LHC）上从事实验工作，这是世界上同类产品中最大、最强大的粒子加速器。 ( 大型强子对撞机是位于瑞士的一个 17 英里长的环形管道。它能将粒子加速到光速的 99.9999991%。在某些点上，粒子束会发生碰撞，产生壮观的新粒子喷射。科学家收集了机器每秒钟发生的 4000 万次粒子碰撞的数据。这些数据让科学家们对我们的宇宙有了新的认识。他们正在探索的一些问题包括：为什么会有物质，为什么不同的粒子具有不同的质量。

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明尼苏达大学助理教授 Nadja Strobbe 利用世界上最大的粒子加速器 -- 大型强子对撞机的数据研究高能粒子物理学。资料来源：明尼苏达大学，纳贾 - 斯特罗贝

探索顶级夸克

明尼苏达大学科学与工程学院物理学和天文学教授斯特罗贝正在寻找一种从未见过的粒子 --" 顶夸克 "。这是一种理论上不符合当前粒子物理标准模型的粒子。目前的标准模型有 17 种不同的粒子。其中一些粒子是物质的组成部分。其中包括构成质子和中子的夸克，以及包括电子在内的另一组称为轻子的粒子。

标准模型还描述了携带四种主要作用力中三种作用力的粒子，这些作用力驱动着这些构件之间的相互作用。早在实验物理学家发现这些粒子的证据之前，理论家们就已经预言了它们。标准模型就像一个填字游戏 -- 理论提供线索，让物理学家 " 填补 " 空白。希格斯玻色子是最后一个被填补的空白。

超对称及其他

超对称是一种可能进一步扩展标准模型之外物理学的理论。它表明，标准模型中的每一种现有粒子都有一个 " 超级伙伴 " 粒子。标准模型中的现有粒子之一被称为顶夸克。斯特罗贝正在研究的 " 顶夸克 " 就是理论上顶夸克的超级伙伴。发现顶夸克的实验证据可以帮助科学家解决目前标准模型无法解释的一些问题。

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紧凑渺子螺线管（CMS）是大型强子对撞机（LHC）上的一个通用探测器。它有一个广泛的物理学计划，从研究标准模型（包括希格斯玻色子）到寻找可能构成暗物质的额外维度和粒子。资料来源：欧洲核子研究中心

大型强子对撞机在推动物理学发展中的作用

大型强子对撞机对斯特罗贝的工作至关重要，因为它有可能产生这些超对称粒子。包括斯特罗贝在内的科学家们正在利用大型强子对撞机碰撞质子，努力产生这些理论上的粒子。她最近获得了能源部科学办公室的支持，以改进机器学习如何解释来自大型强子对撞机的数据。

大型强子对撞机和斯特罗贝的工作正在帮助我们更好地理解宇宙的基本原理。它们还为未来的技术奠定了基础。事实证明，科学家们从改进粒子加速器技术中获得的知识对于开发 CT 扫描和核磁共振成像等医疗技术至关重要。从物质的构成元素到我们用来拯救生命的技术，物理学家们正在寻找新的方法来扩展我们对周围世界和其他世界的了解。

编译来源：ScitechDaily