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升级大型强子对撞机有助寻找“长寿粒子”

据美国趣味科学网站24日报道,美国科学家近日撰文称,对目前世界上最大的粒子对撞机——大型强子对撞机(LHC)进行微调,将有助于他们寻找迄今从未被观察到的理论粒子——“长寿粒子”(LLP),从而进一步了解暗物质和暗能量。

马里兰大学博士后研究员刘真(音译)说,暗物质和暗能量构成了宇宙总质能的95%。暗物质对普通物质施加引力,暗能量被认为会导致宇宙加速膨胀,但两者都不能被直接观察到,因为它们与普通物质的相互作用非常微弱。但LLP可能是管窥暗物质和暗能量的一个“窗口”,对LHC内的一些探测器进行微调,将帮助物理学家发现LLP。

刘真解释说,“暗黑世界”里的成员是一些超出物理学标准模型的假想粒子。如果普通物质在一个山谷中;那么“暗黑世界”就在另一个山谷中。爬过山脊需要大量能量,但“暗黑世界”里有些粒子或许能通过“量子隧穿”,进入普通世界。这样的粒子可能不是像质子或中子那样的稳定粒子,而更类似于标准模型中不稳定的粒子。

研究人员对这些“隧穿”粒子非常感兴趣,但芝加哥大学理论物理学家王连涛(音译)表示,如果这些粒子存在的话,它们也很罕见,可能十年内只出现几次。

王连涛说,发现它们取决于时机。与LHC内大量生产的标准模型粒子相比,LLP应更大且速度缓慢——因为它们必须克服巨大的能量障碍才能进入普通世界。且LLP应更“长寿”,在十分之一秒内才会消失;相比之下,希格斯玻色子在10-22秒内消失,转变成一组更稳定的粒子。此外,它们的行进速度也比光速慢。因此,对LHC的探测器进行调整,让其发现“迟到”的粒子应该是检测到LLP的关键。

刘真说,其中一些调整将随着LHC目前正在进行的升级自然到来,LHC将于2021年再次启动,届时,探测器将能比现在精确10倍地测量粒子的到达时机,此外,还需要对软件进行一些调整。

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