瞥見稀有粒子的一條新路，新方式可觀察物理學的「黑暗世界」？

有一種被稱為LLP或長壽命粒子的粒子，它能夠成為暗能量和暗物質的窗口，正是它們共同構成了宇宙中的這95%。暗物質可以對普通物質施加引力，而暗能量則被認為會導致宇宙本身的膨脹速度加快。但是，因為宇宙發光物體和它們之間的所有相互作用都非常微弱，所以，這兩者並沒有被直接觀察到。

雖然它們並不會和我們有任何互動，曾領我們的科學家對此一籌莫展。但LLP的出現，卻可能為黑暗世界提供一種與較輕世界的交流方式。科學家們可藉助世界上的最大原子粉碎機，其中的一些探測器可以幫助研究成員找到它們，這個大型強子對撞機（LHC）就位於瑞士日內瓦附近。

世界上最大的原子撞擊者是什麼

大型強子對撞機（LHC），是現代粒子物理學的奇蹟，即世界上最大的原子撞擊者，科學家們可以通過它探索實際的深度。在瑞士邊境形成了一個27公里的環，它的起源能夠追溯到1997年。CERN的前主任翰?亞當斯爵士建議修建一條地下隧道，以容納能到達非常高能量的粒子加速器所有的方式。大型強子對撞機的能量，比之前的記錄保持粒子加速器（美國退役的Tevatron）高出6.5倍。

這個項目在1997年被正式批准，也就是二十年後。這是一條長27公里的環，該施工環通過法國-瑞士邊界下方，可將加速粒子達到99.99%的光速，而後砸碎它們。在這個環里，93000個磁鐵正以11245次/秒的速率，沿著兩個相反方向引導帶電粒子包，然後在它們組合之後進行正面碰撞。此設施每秒可以產生大約6億次碰撞，因而可以噴發出讓人驚訝的強大能量。甚至還有一種前所未見的重粒子，會每隔一段時間就噴射出來。

平行世界裡的「正常」物質和「黑暗世界」

如果在一個山谷中有「正常」物質，那麼黑暗世界就在一個平行的山谷中。標準模型對很多粒子做出了解釋，比如：中子、質子、電子，以及和它們一起出現的所有亞原子粒子（夸克、μ子、中微子和希格斯玻色子等）。那些被隱藏的部分就是所謂的黑暗世界，因為這是一組超出現有物理標準模型的假想粒子。

處在黑暗世界山谷中的粒子，需要彼此進行強烈的相互作用才可能具備爬上山脊的巨大量能量，在這個過程中，它們與山體另一側的粒子也會有略微的相互作用。其中的一些粒子甚至可能從黑暗世界穿過能量勢壘到我們往常所遇到的那個，通過一個被稱為量子隧穿的過程。雖然，這些粒子可能並不是中子或質子等穩定粒子的暗物質等價物，但卻可能是更不穩定的標準模型粒子。

這些隧道粒子，正是科學家們感興趣去發現的存在，即使這些粒子的存在本身就很少見。大型強子對撞機每秒10億次的碰撞，相互撞擊質子的速度讓人眼花繚亂，並且，這些撞擊將質子粉碎成大量已知的標準模型粒子。只是，科學家們感興趣的粒子，或許在十年之內都只會出現幾次，其他的粒子在他們看來，都只不過是噪音。

關於暗物質的那些懸而未決的問題

普通的物質是由電子和質子等一般粒子所構成，宇宙中的暗物質是否也同樣如此複雜？但並沒有充分的理由可以說明宇宙中的所有暗物質都是由一種粒子構成。暗質子是可以和暗電子結合而形成黑暗原子的，因此而產生的結構，便會和可見世界中發現的其他結構一樣有趣而多樣化。暗物質還可能產生類似於常規物質所受到的力，有科學家搜索過暗光子，就像正常粒子之間交換的光子所產生的電磁力，但除了它們，就只有被暗物質粒子感覺到。

因為暗物質的存在大大的超過了普通物質，所以它們也常被認為是組織大型結構的控制力，比如星系和星系團。在一開始的時候，就有一個信號導致科學家們暗示暗物質可能帶有電荷，今年2月發現了一種特殊輻射，通過它的特徵表明氫氣比科學家們之前預測的要冷很多。如果帶電荷的暗物質，可以從無處不在的氫氣中吸走熱量，那麼它應該就像浮在檸檬水中的冰塊一樣，只是這個猜想尚未得到證實。

瞥見稀有粒子的一條新路需要時機

這是一種新的方法，一種可以瞥見這些稀有粒子的方法，只是這一切同時還取決於時機。LLP和大型強子對撞機大量生產標準模型顆粒相比，前者會更加龐大而笨重。需要通過克服巨大的能量障礙，以此在正常事物的世界留下印象。對於科學家們而言，這種蝸牛一般的緩慢速度也是一個有用的特徵。在大型強子對撞機中的大多數基本粒子，都是以光度傳播並快速衰減的希格斯玻色子。

雖然這是一個看似簡單的想法，但事實卻證明非常有效。會有一些調整將大型強子對撞機進行自然而然的升級，這個粒子對撞機也將在2021年再次打開，探測器可以比現在更精確地測量粒子達到時間的十倍。至此，科學家們只需要調整一些軟體，就能充分的利用好LHC的功能，同時還能確保對撞機的實驗物理學家優先考慮搜索。之後，科學家們將就實驗進行一系列探討，以確保參與研究的每個人都在同一個步驟上。

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