建造大型強子對撞機的目的

一旦我們用遠超出目前粒子加速器所及的能量，去檢驗準粒子物理模型，這模型就會開始出問題。所以無論大型強子對撞機有什麼發現，粒子物理必會進入新天地。   
撰文╱奎格（Chris  Quigg）
翻譯╱高涌泉 

重點提要
■大型強子對撞機（LHC）一旦開始探索未知的領域，一定會發現新穎又刺激的東西。
■粒子物理的標準模型需要一種稱為希格斯玻色子的粒子，或是其他扮演相同角色的替代粒子，而該粒子的質量則落在LHC所探索的能量範圍之內。希格斯粒子還會帶出深奧的問題，其答案也應該可以在相同能量範圍之內找到。
■這些現象環繞著對稱的問題。對稱是標準模型中交互作用的基礎，但是未必會永遠反應於模型的運作之上。了解對稱為何破缺，是主要的問題。



如果物理學家被迫要以一個字來說明建造大型強子對撞機（LHC）的理由，他們通常會回答「希格斯粒子」（Higgs  particle）。希格斯粒子是大家關注的焦點，它是現今最成功的粒子理論中，剩下還沒有被找到的粒子。不過整個故事遠比這有趣得多。在粒子物理史上，新對撞機在能量上的躍升是前所未見的。我們不知道它會發現什麼，但是它所找到的東西以及所撞見的新問題，必將改變粒子物理的面貌，而且將影響相關的科學領域。

在這個新世界裡，我們希望能夠弄懂，將電磁交互作用與弱交互作用這兩種自然界中的力區分開來的，到底是什麼。這對於我們如何看待日常世界將有廣泛的影響。對於一些簡單又深奧的問題，我們將獲得更新的了解，像是為什麼有原子？為什麼有化學？為什麼能有穩定的結構？

尋找希格斯粒子是關鍵的一步，但它只是第一步而已。在這之外還存在著一些現象，它們或許可以澄清為何重力會遠比其他自然界的力還弱，並揭露充滿宇宙的神秘暗物質的面目。我們還可能更進一步了解物質的各種形式、時空的性質，以及外在形式相異的各類粒子所具有的內在統合性質。這些問題彼此似乎都有關聯，而且也牽涉到當初引發物理學家預測出希格斯粒子的一堆問題。LHC將幫助我們改進這些問題，也會讓我們起步去找出答案。