等待强子碰撞
随着大型强子对撞机在欧洲启动，世界各地的物理学家都在为即将到来的海量数据做准备。在准备分析数据的科学家中，有威廉和玛丽高能理论小组的成员。大型强子对撞机（LHC）是迄今为止最大、最昂贵的科学实验。它被安置在一条横跨瑞士和法国边境的27公里环形隧道的地下，但来自世界各地的科学家参与其中。高能小组的三位物理学家——克里斯·卡罗内、乔希·埃利希和马克·谢尔——合作研究了大型强子对撞机可能会或可能不会发现什么的理论问题。随着原始数据开始从大型强子对撞机的探测器中倾泻而出，物理学家们将开始解释这些发现。大型强子对撞机正在研究的核心问题与质量的起源有关。用最基本的外行术语来说，大型强子对撞机将研究能量和质量之间的关系——质量是构成物理物体的基本要素。我们日常生活中的所有事物都有质量，但在大型强子对撞机内部探测的亚原子水平上，并非所有粒子都有质量。
关于标准模型
基本粒子的相互作用被描述为理论和观察行为的集合，称为标准模型。一种叫做希格斯玻色子的理论粒子可以解释一些基本粒子是如何获得质量的——尽管也可能有其他的解释。它是标准模型预测的唯一一种没有被观测到的粒子。希格斯玻色子的发现将引发另一系列问题。“有两个不同的问题经常让外行人感到困惑，”谢尔解释说。“一个是希格斯粒子本身。这是标准模型预测。另一个问题是，它为什么这么轻？”埃利希说，实验计算表明，希格斯粒子应该比标准模型所要求的粒子重得多。为了让希格斯粒子符合标准模型，“会出现一些神奇的可能性，”他说。“如果存在额外的空间维度，这可能有助于解释为什么希格斯玻色子会如此轻。埃利希说：“如果存在超对称，这就可以解释为什么希格斯玻色子会这么轻。超对称预测了迄今为止尚未发现的各种新粒子，其中一些将在大型强子对撞机上被探测到。”“这些可能性真的很宏伟，如果这些想法是正确的，我们实际上可能会看到额外维度存在的证据。这些都是我们喜欢考虑的事情。”物理学家不希望大型强子对撞机发现的是什么。“我们现在拥有的成功理论的基础原则告诉我们，大型强子对撞机里一定有什么东西。所以当人们问：“如果大型强子对撞机什么也没看到怎么办？”卡罗内说：“大多数时候，这是一个被误导的问题。“人们认为这就像一个盒子，你说，如果我打开盒子，我要么找到什么，要么找不到什么。这种方法太简单了。我们现在有了可行的理论，它们是基于量子力学原理的，如果我们什么也看不见，这些原理就会失控。”
一个名副其实的数据消防栓
在接下来的几年里，他们的角色将是试图理解和解释来自大型强子对撞机的大量数据。卡罗内说，大型强子对撞机的实验将为物理理论家提供源源不断的素材。“万维网是一个非常好的东西，”卡罗内说。“当我还是研究生的时候，这是一个缓慢的过程。有一个预印本，然后人们会把它寄给图书馆，两个月后你拿到它，把它堆在一起，有人会读你的预印本。现在，它是瞬时的。我们将研究出来的数据，并试图将我们多年来一直在研究的一系列理论观点联系起来。”随着全球成千上万的物理学家转向大型强子对撞机的数据流，解释过程可能比许多科学家习惯的更疯狂、更模糊。数据中的任何“碰撞”都可能成为额外维度的关键，或者是对希格斯玻色子的部分理解，或者是埃利希提到的任何“神奇的可能性”。从历史上看，对原始数据的解释或多或少是一个有序的过程，其特点是一系列科学论文，这些论文将被科学界的成员阅读、评论和驳斥。“它实际上不会那样发生。它发生的方式是会有谣言。目前还没有论文，但会有一些正在合作的人的传言。”“当你有一千个人的时候，就会有漏洞。所以会有这样的传言，在观察成对的介子的能量时，他们看到了一个意想不到的凸起。总会有颠簸，因为这是统计上的。然后我们三个人会说：“你听说那个肿块了吗？”然后我们都开始思考是什么造成了这个颠簸。等到这个碰撞被证实的时候，已经有几十篇关于它的论文了。最有可能的是，这个隆起消失了，所以那几十篇论文变得毫无意义。”大型强子对撞机能做的一件事就是改变物理学。“有趣的是，在未来五年内，我职业生涯中写的90%的论文都会消失，死亡，毫无意义。但我不知道是哪90%。”“那很好。这是预期。如果你的理论没有被排除，你就不会做得很好。”
