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。