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大型特罗龙撞机是否可以发现质量和宇宙通货膨胀的粒子?

如果LHC发现HIGGS玻色子或其他理论粒子,它们的存在可以帮助解释通货膨胀,其中一个宇宙的伟大的奥秘

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在它诞生后的一秒钟内,我们的宇宙尺寸令人惊讶地扩展,占有率至少为10 ^ 26。那'在大多数宇宙学家维持的是,尽管它对可能已经开始和结束这种狂放的扩张仍然是一个神秘的谜。现在科学家越来越多地想知道吗? 历史上最强大的粒子撞机,欧洲的大型特罗龙撞机(LHC)可以在这种神秘的成长上阐明,称为通货膨胀,通过瞥见它背后的粒子。它可能是撞机的主要目标'S目前的实验, 希格斯玻色子,这被认为赋予了群众的所有物质,也可以是这种通胀剂。

在通胀期间,以时代以加速速度膨胀,从大约夸大原子的大小到一角一次的大小。这种快速扩张将有助于解释为什么今天宇宙的宇宙如同统一,因为物质和能量的分布只有非常微小的变化。扩展也有助于解释为什么宇宙出现大规模 几何平坦,意味着空间的织物不在弯曲光束和在其内行驶的物体的路径的方式弯曲。

通货膨胀后面的粒子或场,称为"inflaton,"被认为拥有一个非常不寻常的财产:它产生了一种令人厌恶的引力场。造成空间膨胀,暂时,就像它一样,这个领域'在整个空间中的能量必须随着时间的推移而变化,从非常高到很低,通过通胀结束,一旦能量沉没,就足够低,根据理论物理学家。

通货膨胀仍然仍然是未知的,以及这个想法的一些突出的批评者 想知道它是否发生了。科学家们看过宇宙微波背景辐射—大爆炸的余辉—to 排除一些通货膨胀情景. "但它不能告诉我们绰号本身的性质,"在英格兰的兰卡斯特大学说,粒子宇宙学家Anupam Mazumdar,例如它的质量或可能与其他粒子相互作用。

许多研究团队建议竞争思路关于LHC如何发现令人兴奋剂。怀疑论者认为任何尘世的撞机都可能脱光,因为最高的能量密度可以想象,通货膨胀将在LHC高于10 ^ 50倍'S功能。但是,由于通货膨胀随着时间的推移而变化,因为科学家们认为LHC可能至少有足够的能量来重新创造通货膨胀's final stages.

可能是主要粒子正在进行的撞机瞄准旨在检测Higgs玻色子,也可以使通货膨胀利用。

"如果HIGGS才能发生HIGGS驱动通货膨胀的想法'S质量在特定的间隔内,LHC可以看到的那种,"理论物理学家Mikhail Shaposhnikov说École Polytechnique Fédé瑞士鹿尔德洛桑。确实, 报道了HIGGS玻色子的证据 在12月的LHC,质量约为1250亿电子电压,大致为125个氢原子的质量。

同样有趣:HIGGS以及令人兴奋剂被认为随着时间的推移而变化。实际上, 通货膨胀理论的发明者,宇宙学家Alan Guth在Massachusetts技术研究所,最初假设的通货膨胀是由猜想的宏伟统一理论的HIGGS领域驱动的。

所谓的HIGGS通胀模型的美德是它们可以解释当前颗粒物理标准模型内的通货膨胀,这成功地描述了最着名的粒子和力的行为。今年夏天,瑞士日内瓦的实验室令人兴趣,瑞士的实验室令人兴趣,瑞士瑞士日内瓦的实验室表示,它将在7月初宣布有关粒子的高度预期结果。

这些模型中的许多问题是,当它们运行时,HIGGS的能量太快减少,因此不会产生在宇宙微波背景辐射中看到的波动。因此,它们需要存在额外的领域来实现通货膨胀的所有效果,毁坏首先从这些模型中渴望这种模型的简单性。

康涅狄格大学康涅狄格州和同事联邦贝茨沃夫在2007年提出的北京尼科夫及其同事通胀模型(PDF.)通过表明HIGGS以与其他粒子不同的方式相互作用,消除了对这种额外田野的需求。这将允许HIGGs保持其能量足够长,以导致我们今天看到的那种宇宙。 Mazumdar表示,这个想法面临的难度是为什么HIGGS将与重力开始这种特殊的关系,只要没有其他粒子,或者为什么它会像提出一样弱弱。

相反,Mazumdar和其他人建议其他粒子LHC可以检测到可能揭示通货膨胀。他们建议的模型植根于超对称的理论,它连接了两种已知的基本类型的颗粒,与那些携带基本力量(玻源)的物质(费粒)的那些,预测每个铁饼具有较重的孢子菌对称,反之亦然。发现超对称粒子或"sparticles"在LHC可以帮助解决标准模型中的关键奥秘。例如,看不见的 暗物质 思想弥补宇宙中的大部分肿块可能是一种被称为中性马的孢子。如果发炎也是一个孢子,Mazumdar表示,它必须以相对较低的能量密度最终结束,其中一个可能可检测到的LHC;否则,打口顿有助于产生比我们在宇宙中看到的正常情况下的较低比率。

如果LHC通过查找Sparticles,Mazumdar将超对称证明正确'S分析表明,发炎将是一个质量约1000亿电子伏特的孢子。相比之下,LHC能够具有高达7,000亿电子伏的能量。 5月,Mazumdar's team submitted 研究LHC如何发现风景 到了 中国宇宙学与天体物理学.

或者,Mazumdar表示,通过与诸如中微子的超级小组或其本身的Sparticles相互作用,Higgs是inparton的超对称情景,其中包括单独的工作 2007年物理评论信在2011年 在里面 中国宇宙学与天体物理学, 分别。

然而,来自LHC的最近数据可能表明了这一点 许多当前的超对称模型可能是错误的,因为实验有 尚未发现任何孢子的模型 predict.

"最终,如果LHC发现了HIGGS玻色子,而且对我来说,这将有利于HGGS通胀模型;如果LHC发现超对对称粒子或任何其他类型的新物理学,则该模型不会那么有吸引力," Shaposhnikov says. "希望我们应该在核心举行的关于HIGGS搜索的更新时,以及在澳大利亚晚些时候在澳大利亚的高能量物理学会议上搜索新物理学的新物理学。"

Guth感觉很可能是通货膨胀'S能量尺度远远超出了LHC的那些。"但我们不知道,"他说,补充说,研究人员应该使用欧洲粒子撞机探索这些想法。"它令人兴奋的是,LHC实际上可能发现驱动通货膨胀的领域," Guth concludes.

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查尔斯Q. Choi是一个常见的贡献者 科学周报。他的工作也出现在 纽约时报,科学,自然,有线,生活, 其中。在业余时间,他已经前往所有七大洲。


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