子物理學(xué)是一門高深莫測的科學(xué)，而且將變得更令人膽戰(zhàn)心驚。

歐洲核研究組織(CERN)于2008年9月10日啟動了全世界最強大的粒子加速器，將第一束粒子流射入位于地下330英尺深、17英里長的一個加速軌道，從而標(biāo)志著近期最雄心勃勃同時備受爭議的粒子物理實驗正式開始。一些批評人士擔(dān)心，這項實驗可能會引發(fā)黑洞，從而吞噬整個地球。

但科學(xué)家們相信，這個“不成功則成仁”的嘗試將有助于解決長期以來人類對宇宙的很多疑問。相對論和量子力學(xué)這類的宏偉理論可以解釋宇宙中的一些運行規(guī)律，但彼此無法相容。愛因斯坦的理論在解釋恒星這類大型物體時很有效，但在解釋粒子極微小運動時卻束手無策。科學(xué)家希望借助這項實驗找到一些線索，將這些零散的理論融會貫通起來。

這臺“大型強子對撞機”(Large Hadron Collider，簡稱LHC) 位于瑞士日內(nèi)瓦，設(shè)計目的是讓質(zhì)子在接近光速的速度下發(fā)生碰撞，釋放出130億年前宇宙大爆炸(Big Bang)以來從未出現(xiàn)過的龐大能量。第一次粒子撞擊計劃于2008年10月進行，CERN的科學(xué)家將仔細(xì)觀察粒子碰撞后的殘余，找到以前未曾發(fā)現(xiàn)過的粒子、其他維度的空間、暗物質(zhì)存在的證據(jù)，以及希格斯玻色子(Higgs boson)──一種物理學(xué)家認(rèn)為是其他粒子構(gòu)成基礎(chǔ)的神秘物質(zhì)。

物理學(xué)家們從事的這個項目事關(guān)重大，已經(jīng)籌備了14年，投入90億美元。如果研究人員未能在實驗中找到游離的希格斯玻色子，那可能意味著他們在錯誤的道路上浪費了數(shù)十年的大好時光。

除了可能出現(xiàn)吞噬地球的黑洞──當(dāng)然，CERN的科學(xué)家認(rèn)為這是不可能的，讓物理學(xué)家更抓狂的實驗結(jié)果也許是找到了希格斯玻色子，但除此之外別無它物。這個結(jié)果將確認(rèn)一些物理學(xué)家早已提出的理論，但無助于解釋其他許多宇宙謎題。

比如說，科學(xué)家無法解釋為什么重力會比其他的基本物理力弱得多，以及為什么只有5%的宇宙是可見的。此外，他們也面臨尷尬局面，無法消除愛因斯坦的相對論與解釋微觀物理規(guī)律的量子力學(xué)之間的矛盾之處。

雖然投入數(shù)十億美元，但宇宙的奧秘有很大可能依然無法解開。“如果LHC只找到希格斯玻色子而沒有其他物質(zhì)，那科學(xué)家就很難說服大眾再建造另一臺大型粒子加速器。” 美國普林斯頓高等研究所(Institute for Advanced Study in Princeton)的理論物理學(xué)家尼瑪•阿卡尼哈邁德(Nima Arkani-Hamed)說道。

現(xiàn)在，物理學(xué)家將所有的希望都寄托于這臺埋在法瑞邊境地下的超大型粒子沖撞機上。這臺機器將反向射出兩束質(zhì)子流，質(zhì)子流通過由超導(dǎo)磁體包圍的兩根鋼管，以每秒11,245圈的近光速運行，最終在四個交點會合，預(yù)計每秒將產(chǎn)生6億個粒子碰撞，從而再現(xiàn)宇宙大爆炸時猛烈無比的粒子濃湯。

為研究這項實驗的結(jié)果──仿佛就像是粒子層面的火車大碰撞──CERN的科學(xué)家建造了四個地下觀測器，能記錄撞擊時產(chǎn)生的能量以及粒子碰撞后內(nèi)部物質(zhì)噴出的速度。其中有個名為Atlas的觀測器，是一個七層樓高的圓柱體，由鋼鐵、充氣鋁管、液態(tài)氬和光纖制成，重量為7,000噸，和艾菲爾鐵塔一樣重。Atlas和其他三個觀測器把數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺ERN的3萬臺電腦上，由電腦對數(shù)據(jù)進行篩選，從而發(fā)現(xiàn)超出傳統(tǒng)物理學(xué)范疇的異?，F(xiàn)象。

那么，CERN的物理學(xué)家將尋找哪一類奇怪的量子事件呢？他們的主要任務(wù)是找到希格斯玻色子，也叫“上帝粒子”。如果他們的計算正確，希格斯玻色子能產(chǎn)生一個彌漫的域場，對穿過其中的粒子施加一個拉力。物理學(xué)家相信正是通過這一名為“希格斯力”的過程，電子和其他粒子才得以產(chǎn)生。

“這是解開宇宙構(gòu)成秘密的一個關(guān)鍵所在。” 位于美國伊利諾斯州Batavia的費米國家加速器實驗室(Fermi National Accelerator Laboratory)的理論物理學(xué)家約瑟夫•里肯(Joseph Lykken)說道。

其他粒子對撞機都未能幸運地找到希格斯玻色子，但物理學(xué)家認(rèn)為，LHC對撞實驗所爆發(fā)的能量──約為14萬億電子伏──應(yīng)該足以使其產(chǎn)生。問題在于，沒人知道希格斯玻色子長成什么樣子，因此很難發(fā)現(xiàn)它，而且它也可能很快衰變?yōu)槠渌阎Ｗ?，如介子和光子等。因此，CERN的科學(xué)家將通過各種形式尋找它的存在。舉例而言，有一個名為“微型介子螺線管”(Compact Muon Solenoid)的探測器，配備有80,000塊富鉛玻璃用于追蹤光子，負(fù)責(zé)操作的科學(xué)家將尋找“希格斯跳躍”(Higgs bump)──即光子在對撞發(fā)生四散飛出時一種異于平滑運動軌跡的躍動。

物理學(xué)家還希望從中找到支持新一代物理理論的證據(jù)，比如超對稱性原理(supersymmetry)──這種理論認(rèn)為，每個粒子都有一個未被發(fā)現(xiàn)的“超級伙伴”。假使對稱性理論得到證實，將使已知粒子的數(shù)量增加一倍，并幫助物理學(xué)家實現(xiàn)一個長久以來的追求目標(biāo)，也就是把幾種控制物質(zhì)運動的力──重力、電磁力、強核力和弱核力──在理論上融為一種單一的基本力。

這臺粒子對撞機還可能讓我們發(fā)現(xiàn)已知四維空間以外的空間維度。當(dāng)質(zhì)子撞擊開始時，物理學(xué)家將尋找撞擊前蘊含能量與撞擊后產(chǎn)生能量之間是否存在不平衡。根據(jù)物理學(xué)基本原理，撞擊前后的能量應(yīng)該是守恒的。如果能量經(jīng)常性地出現(xiàn)流失現(xiàn)象，那可能意味著能量消失在另一個空間維度中。這個發(fā)現(xiàn)將給玄理論(string theory)提供有力支持。這個被廣泛接受但無法驗證的假設(shè)認(rèn)為，物質(zhì)是由微小顫動的玄(string)構(gòu)成，并處于11或12個維度的空間中。

研究人員說，最令人震驚的結(jié)果可能是，實驗結(jié)果毫無出奇之處。這將意味著物理學(xué)家用于解釋宇宙運行規(guī)律的最佳方法、已有35年歷史的所謂“標(biāo)準(zhǔn)模型”其實是一條歪路。“我們知道，希格斯玻色子一定存在。”加拿大安大略省普里美特理論物理研究所(Perimeter Institute for Theoretical Physics)的物理學(xué)家李•斯莫林(Lee Smolin)說，“否則的話，我們就一直在錯誤的理論根基上原地踏步。”

雖然實驗可能一無所獲將令很多人大失所望，但另一些人認(rèn)為，這個結(jié)果將最具革命性，因為理論物理學(xué)家將不得不重新思考幾十年來被視為天經(jīng)地義的各種問題。“在我看來，這是一件好事。”里肯教授說道。

和之前的大型物理實驗一樣，LHC引發(fā)了一系列世界末日來臨的言論。2008年初，一位科學(xué)普及作家和一位輻射安全專家向法院提起訴訟，要求制止科學(xué)家啟動LHC對撞機，認(rèn)為它可能引發(fā)一個災(zāi)難性的黑洞或制造出“奇異物質(zhì)”(strangelets)，這是一種理論假設(shè)中的致密物質(zhì)，一旦形成，有可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，把地球變成一塊無生命的大石頭。

CERN的科學(xué)家認(rèn)為，黑洞這類恐怖量子事件的發(fā)生概率與重力突然消失的概率差不多。“根據(jù)量子物理學(xué)理論，如果我讓一支筆掉在桌上，它甚至有一定的可能性會直接穿過桌子。”Atlas探測項目的發(fā)言人彼得•杰尼(Peter Jenni)說，“我們通過LHC模擬的是137億年來整個宇宙每時每刻都在發(fā)生的粒子碰撞，但我們不是還活得好好的嗎？”