希格斯粒子的发现为标准模型画上了句点,这多少令一些粒子物理学家因为没了目标感到失望。然而,一些物理学家却把希望放在了大型强子对撞机(LHC)和未来的大型物理实验设备上,希望这些先进的设备能够进一步的窥探潜藏在宇宙中的一些新粒子。从而跳出标准模型的框架,让我们对宇宙有更深刻的了解。从W微子、引力子到变色龙粒子,下面是五个神秘的潜藏在宇宙深处的粒子。
标准模型粒子对应的超对称粒子。
如果“超对称性”理论是正确的,那么,可能有超过一打粒子等着我们去发现,因为该理论认为,迄今为止科学家们已经发现的每个粒子都拥有一个与其对应的超级“伙伴”粒子。标准模型认为,自然界存在着两类基本粒子:玻色子和费米子。玻色子是粒子间传递相互作用力的使者,包括胶子和引力子等,它们都具有整数的自旋;而费米子是组成物质的基本载体,包括夸克子、电子和“幽灵般”的中微子等,它们的自旋为半整数。
根据超对称性理论,每种费米子都同一种玻色子配对,反之亦然。因此,胶子会有超胶子、W粒子会有超W粒子、光子会有超光子分别来与之配对;依此类推,希格斯粒子会有一个名为“超希格斯粒子”的粒子来与之配对。理论总是很美好,然而,不幸的是,对超对称性理论的拥趸来说,迄今为止,LHC还没有发现任何上述神秘粒子的“蛛丝马迹”。
美国哥伦比亚大学的数学物理学家彼得·沃特就曾经指出,这或许表明,这些粒子很可能只是传说,或许根本就不存在,超对称性理论可能存在错误。
超对称性理论也预言,名为“超中微子”的不带电的特殊粒子或许可以解释占据宇宙大部分物质密度的暗物质。暗物质无法直接观测得到,只能通过其对物质的引力作用来探测。
美国印第安纳大学的物理学家波林·盖格诺表示,在超对称性理论中,除了超胶子之外,其他携带力的粒子混合在一起可能会制造出超中微子。超中微子可能在早期炙热的宇宙中形成,而且,为我们留下了足够多的线索来解释暗物质的存在。伽马射线和中微子望远镜将在宇宙间充满了暗物质的地方(诸如太阳或星系核心)搜寻这种神秘粒子的“芳踪”。
爱因斯坦和物理学家们一直被一个问题所困扰:如何为自然界中的物质和力创造一个“大一统理论”,其既能揭示微观世界中力的作用规律;也能阐释宏观世界中力的活动定律。不过,这种“统一梦”一直没有照进现实。爱因斯坦的相对论很好地解释了引力,却难以解释量子粒子的行为;而粒子物理学很好地揭示了粒子的行为,却无法有效地对引力作出解释。
因此,有些物理学家把期望寄托在了名为“引力子(gravitons)”的量子引力粒子。引力子很小,没有质量,主要作用是释放出引力波。
2013年,科学家们发现了一种奇异粒子的蛛丝马迹,他们将这种诡异粒子称为“非粒子”。这种粒子能携带自然界中除了万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力之外的“第五种力”,也就是远距离范围内两个自旋粒子之间的相互作用。
在小尺度上,自旋粒子之间的相互作用非常普遍,正是这种相互作用让磁铁和金属内电子的自旋方向对齐。然而,自旋粒子之间更长距离的相互作用则非常难以捕捉。如果这种力确实存在,它将仅为电子和中子之间相互作用的百万分之一。
2003年,哥伦比亚大学的物理学家Justin Khoury和Amanda Weltman首次提出一种更飘忽不定的粒子:变色龙粒子,其质量可能会不断发生变化。
如果这种粒子确实存在,那么,它或许会能揭开暗物质和暗能量的神秘面纱。2004年,物理学家们描述了一种假象中的力能随周围环境而发生变化:在那些粒子紧密簇拥在一起的地方,比如地球或太阳上,这种变色龙粒子仅仅施加弱作用力;而在那些粒子比较松散的地方,其会施加强作用力。这或许意味着,在早期宇宙物质分布致密的环境中,它以微弱的形象出现;后来随着时间的推移,星系从宇宙中心慢慢向外扩展,其变得越来越强大。