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大型强子对撞机接下来会发现什么?或解宇宙之谜

来源:网络 编辑:小彩 更新:2026-10-10

自2013年关闭后,大型强子对撞机进行了为期2年的维护和升级。

到2015年重启时,这台粒子加速器运行能量已两倍于关闭前的能量。

   北京时间2月24日消息,据国外媒体报道,位于法国与瑞士边境的大型强子对撞机是世界上最大的科学实验设备。

自2015年重启以来,大型强子对撞机的运行能量已升级至原来的2倍,因此它的每一次实验都令世人倍加关注。

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那么,大型强子对撞机将来究竟会有哪些可能的发现呢?   未来可能的发现   自2013年关闭后,大型强子对撞机进行了为期2年的维护和升级。

到2015年重启时,这台粒子加速器运行能量已两倍于关闭前的能量。

目前,物理学家正在实施一系列复杂、重要的物理学实验,希望能够验证粒子物理学领域的一些重大理论,如超对称理论。

不过,大统一理论在未来三年内得到实验验证似乎可能性很小。

无论可能性如何,大型强子对撞机一直在向如下这些近期或长远目标努力。

  1. 超对称粒子   所谓的超对称理论认为,迄今已发现的任何一种粒子都有一个更重的超对称伙伴粒子。

如果能够证明这些粒子的存在,就可以解释目前预言中的某些难题。

但是,至今未能发现超对称性存在的确切证据。

要想直接证明这种理论,就需要在大型强子对撞机中制造并探测到这种超对称粒子。

  2. 引力子   目前的粒子物理学理论"标准模型"也许是成功的,但是它无法描述基本粒子的引力行为。

其它一些理论希望能够填补这种空白,这些理论预言存在一种粒子,即引力子,可以用来解释为什么其它粒子感觉到引力的作用。

然而,产生这种引力子所需要的能量以及探测引力子所需要的探测器灵敏度,可能都已超出了大型强子对撞机的能力范围。

不过,大型强子对撞机还有努力的空间。

  3. 五夸克粒子   已经有一些证据可以证明大型强子对撞机可能已发现了一种新粒子--五夸克粒子。

所谓的五夸克粒子就是一种由五个更小的夸克粒子组成的粒子。

2014年,科学家曾经宣称已经发现了一个四夸克粒子。

因此,现在他们认为此次所发现的粒子应该是五夸克粒子。

  4. 暗物质   现代天文学理论存在一个大谜团:宇宙的大多数物质(85%)都"消失"了。

现有的物理学理论根本无法解释这一现象。

有一种理论认为,这些不可见的物质就是暗物质。

然而,迄今没有任何人探测到这种暗物质。

毛主席的未解之谜,世界UFO未解之谜,关于世界未解之谜,古中国未解之谜,大型强子对撞机正在努力寻找一种被称为"弱相互作用大质量粒子"的新型粒子。

虽然这种粒子目前仍然停留在理论中,但是如果能够探测到,就可以证明暗物质的存在,并对宇宙大多数物质消失现象给予最终解释。

  5. 大统一理论   纵观历史,物理学上一些看起来独立的领域最终都被相互联系起来,并统一形成了一个个强大的新理论。

如今,我们对物理学有了更为完整的理解。

但是,物理学上仍然有一些重要理论,我们无法将它们统一协调起来。

大型强子对撞机的一些发现成果或许会启发理论学家统一这些理论,甚至是所有理论。

然而,即使是世界上最强大机器所实施的最复杂物理学实验,大统一理论都是一个长远目标。

  新粒子的发现   大型强子对撞机是一条27公里长的环形隧道,位于法国与瑞士边境地面之下。

高能粒子在大型强子对撞机中高速运行并相互对撞。

这种撞击会产生新型粒子,但是这些新粒子存在的时间非常短。

大型强子对撞机的粒子探测器会灵敏地探测每一种新粒子的信号,科学家们再根据探测数据进行研究。

  自2013年关闭后,大型强子对撞机进行了为期2年的维护和升级。

到2015年重启时,这台粒子加速器运行能量已两倍于关闭前的能量。

根据爱因斯坦的质能方程(E=MC2),E代表能量,m代表质量,c代表光速,撞击能量越大,就有可能产生更重的粒子。

大型强子对撞机的每一项探测成果,都将交给超级计算机网络处理。

这种分析处理过程可能需要数月时间,直至确定希格斯玻色子之类粒子的发现。

所有新发现的粒子都要经过这种严格的检验与分析。

  目前,我们对宇宙的认识是远远不够的,现有的理论根本无法匹配我们所观测到的宇宙。

德国护士http://www.cha39.com,风水网http://www.cha39.com/,因此,物理学家一直在努力,希望能够找到新粒子。

发现新粒子主要有两种途径,火影忍者未解之谜,龙的未解之谜视频,地下的未解之谜,地下未解之谜,一种方式是提高大型强子对撞机中质子的对撞能量。

能量的提高就可能产生更重的粒子。

第二种方式就是增加对撞次数,就可能获取更多的探测数据。

通过对海量数据的分析,从中寻找任何罕见新粒子的微弱信号。

  大型强子对撞机同时在尝试这两种方式,在提高能量的前提下,不断增加对撞实验次数。

不过,科学家也不清楚答案究竟会在哪里,或者究竟哪一种新粒子的出现能够回答各种理论中的未解之谜。

他们希望通过检测宇宙的任何构件的每一方面,最终能够找到答案所在。

量子信息+熵,能解释宇宙的演化吗

热力学第二定律,也许是物理里最根本的几条原理之一。

它说,一个系统的熵只会随时间增加,不会减少。

这也是唯一一条能指明"时间箭头"朝哪走的物理定律。

熵,说白了就是无序的程度:熵越低,结构越有序;熵越高,越散乱。

糖从浓处向淡处扩散、气体膨胀、咖啡放凉,背后都是熵在增加。

人们相信,宇宙的演化也遵循这条定律。

宇宙早年处于低熵状态,一路演化到高熵。

可就在这个过程中,宇宙造出了一些极其复杂的结构——星系就是代表。

星系的熵很低,却是在一个高熵的环境里形成的。

这看起来像是在违反第二定律。

这个存在已久的矛盾,正是物理学家金妮斯特拉·比安科尼想解决的难题。

引力、熵与量子信息的交织,是比安科尼理论的视觉主题(图片来源:Physics World) 在爱因斯坦的广义相对论里,有个叫"度规"的数学对象,描述时空是怎么弯曲的;物质沿着这条弯曲走,就表现成了引力。

而在量子力学里,"算符"是对量子态做变换的数学工具。

比安科尼的关键一步,就是把这个"度规"当成量子算符来用,用量子化的方式描述时空的几何。

这样一来,会冒出两个"度规":一个是"真实"的时空度规,一个是由物质和能量诱导出来的度规。

两者之间"差多少",用量子信息论里的一个量来度量,叫量子相对熵。

正是这两个几何之间的量子相对熵,决定了时空怎么演化——换句话说,它给出的运动方程,就是引力。

在低曲率极限下,这套方程能精确还原爱因斯坦的广义相对论。

可一旦超出这个极限,方程就得被一个叫"G场"的对象修正。

G场生出一个暗能量项,而且是动态的。

暗能量被认为是直接推动宇宙膨胀的东西;在标准广义相对论里,它由静态的宇宙学常数驱动。

现在冒出一个动态的暗能量项,就有了被实验检验的机会。

比安科尼又把这套理论用到了弗里德曼-罗伯逊-沃克(FRW)宇宙模型上。

这是广义相对论对宇宙行为的一级近似,假设宇宙各向同性、处处均匀、且在膨胀。

膨胀由宇宙的主导成分驱动——暗物质、普通物质,或辐射。

宇宙膨胀时,体积变大,总熵也跟着变大。

但正因为体积涨得更快,单位体积里的熵——也就是熵密度——反而随时间下降。

总熵在涨,局部熵密度却在降,这就给了星系、甚至生命这类低熵结构一个在膨胀宇宙里被造出来的机制。

那这算不算违反第二定律?比安科尼用非空的 FRW 宇宙算了一遍总熵:要把熵密度在整个时空区域上积分,而因为体积随时间变大,总熵成了时间的函数——膨胀的速度超过了熵密度衰减的速度。

所以对辐射主导和物质主导的宇宙,总熵依然随时间增加,第二定律照样成立,尽管局部熵密度在下降。

比安科尼强调,GfE 理论还很年轻,需要实验来验证。

但这项工作揭示了它内在的热力学本质,为经典引力与量子引力都打开了新路——把引力用"量子信息"和"熵"来表述,也许正是通向"量子化引力"这个百年难题的另一条路径。

引力,也许并不是什么神秘的基本力,而只是信息与熵的必然结果。

若真如此,宇宙为什么要演化、为什么能长出星系和生命,答案也许就藏在这条最普通的第二定律里。

来源:S. Jones, "Could quantum information theory explain universe evolution?" Physics World, 14 Sep 2026. 报道所引研究:G. Bianconi, Physical Review D.

追踪13.4万亿个暗物质!百亿亿次超算用4天完成这场模拟

科技日报记者 刘霞 美国能源部阿贡国家实验室日前发布消息称,该机构科学家借助“极光”百亿亿次超级计算机,完成了迄今规模最大的两次宇宙学模拟。

每次模拟都追踪了13.4万亿个暗物质粒子在286亿光年宽度区域内的演化过程。

这一成果有助于科学家研究宇宙暴胀,并为分析大型巡天观测数据提供重要支撑。

左图为百亿亿次级模拟生成的全天空光锥图;右图外圈显示宇宙微波背景辐射,扇区分别展示视线速度(红/蓝)、物质密度(灰)和引力势(绿/蓝)。

图片来源: 美国阿贡国家实验室 宇宙暴胀理论认为,极早期宇宙曾经历一段短暂而剧烈的快速膨胀。

这一过程将微观量子涨落拉伸到宇宙尺度,留下微小的密度差异;随后,引力把这些差异不断放大,最终形成我们今天看到的星系、星系团和宇宙大尺度结构。

然而,暴胀背后的具体物理机制仍未完全确定。

通过研究物质在宇宙中的分布,有望找到更多线索,探索宇宙最早期的秘密。

暗物质无法被望远镜直接看见,却凭借引力主导星系形成,并塑造更大尺度的宇宙结构。

在模拟中,暗物质粒子被用作暗物质密度和速度分布的“示踪剂”,团队由此得以追踪宇宙结构跨越数十亿年的演化轨迹。

标准宇宙暴胀模型预测,早期宇宙的密度涨落服从高斯分布,也就是最简单的一类随机模式。

科学家正努力寻找其中可能存在的微小偏差,即“原始非高斯性”。

一旦发现可测量的偏差,就可能暗示暴胀时期还存在其他场、相互作用或动力学过程,从而帮助区分关于宇宙最初时刻的不同理论。

然而,这类信号极其微弱,还可能被“宇宙方差”掩盖——由于观测只能采样宇宙的有限体积,统计不确定性难以完全消除。

因此,探测此类信号需要覆盖最大宇宙尺度的超大规模模拟。

而如此规模的模拟对算力要求极高。

团队在阿贡国家实验室的“极光”超级计算机上完成了计算。

模拟及大部分数据分析约4天完成,目标正是揭示宇宙暴胀的物理本质。

这些模拟数据将助力分析多项大型巡天项目,包括美国能源部支持的暗能量光谱仪(DESI)和NASA的SPHEREx任务,两者目前均处于数据采集阶段。

模拟与前沿观测相互印证,将共同描绘出更为精细的宇宙图景,推动人类对宇宙起源与演化的探索。

来源:科技日报