| 或許就在宇宙的某個角落 |
| 科學家多管齊下「圍剿」新物理 |
儘管現有的標準模型盛行，但宇宙學家和粒子物理學家渴望發現一些他們無法解釋的新東西。
標準宇宙論解釋了宇宙微波背景下的波紋。
圖片來源：ESA/PLANCK COLLABORATION
對宇宙學家來說，這是10年中最熱切期待的結果，對另外一些人來說，這是一個令人失望的結果。
利用歐洲航天局的普朗克衛星，科學家呈現了宇宙微波背景輻射（CMB）的實驗結果（CMB被認為是大爆炸的「餘燼」）。自上世紀90年代起，CMB觀測已經證實宇宙在一次大爆炸中突然誕生，還解釋宇宙包含了多少物質和能量。宇宙學家期待普朗克能提供更深入的資料。 普朗克已經完成了它的使命。2009年發射後，它以極高的敏銳度和準確性觀測了天空中CMB溫度的細小變化。結果和理論預測有近乎完美的吻合。這也是問題所在：「沒有證據顯示，新物理學超出了我們先前的知識範疇。」英國劍橋大學宇宙學家兼普朗克團隊一員George Efstathiou說。
陷入困境的不僅僅是物理學家。數十年來，粒子物理學家一直徒勞地努力著，試圖找出他們的標準模型無法解釋的現象——只有一個例外。去年，物理學家發現了希格斯玻色子，它是標準模型中最後一種未被發現的粒子。今年，物理學家證實，和標準模型的預測一致，希格斯玻色子具有一些基本屬性。美國伊利諾州巴達維亞費米國家加速器實驗室（Fermilab）的Robert Plunkett說：「每個人都欣喜若狂。」
科學家表示，他們致力於找出自己理論中的漏洞。Efstathiou說：「我們知道這些理論是不完整的。因此必須反覆推敲模型直到它們顯示出缺陷。」理論家們已經構思出各種各樣的超越標準模型的大膽理論。但是，實際上，對於旨在發現新現象的一系列針對最具潛力對象的實驗，沒有人保證一定能發掘出寶藏。
希格斯玻色子和其他粒子
對於粒子物理學家而言，問題很簡單：能否在希格斯玻色子背後發現一些新東西。如果可以，最有可能的發生地，將是希格斯玻色子誕生的地方——瑞士日內瓦附近歐洲核子研究中心（CERN）27公裡長的大型強子對撞機（LHC）。
自2010年LHC開始收集數據起，它已經完成了既定工作的1%（預計全部完成於2030年）。一些物理學家說，希格斯玻色子的發現意味著LHC有望在未來發現新粒子，以填補那99%的空白。
爭議源自如何界定希格斯玻色子的作用。普通物質由少量的粒子構成：在原子核中，上夸克和下夸克分別形成質子和中子。標準模型描述了這些粒子如何通過3種力相互作用：電磁力產生光、強作用力結合夸克、弱作用力引起β衰變。（理論中不包括重力。）
但是有一個問題：粒子獲得質量破壞了數學對稱性（這是整個理論構建的基礎）。因此，粒子必須通過和其他粒子的相互作用自己創造質量。
填補「已知的未知數」
探索新物理學的一個同樣成就頗豐的地方就是整個宇宙。一些宇宙學家認為，根據自己的標準模型，他們已經陷入了一個僵局——但是和粒子物理標準模型不同，他們的標準模型還很不完整。
被稱為ΛCDM的模型簡要描述了宇宙的構成：5%的普通物質、27%的冷暗物質（CDM）、68%的暗能量。Λ代表暗能量最簡單的表現形式。 ΛCDM模型和普朗克的最新結果相吻合，且同樣具有高度的精密性。ΛCDM假定了宇宙成分的同屬定義，諸如暗物質和暗能量（暗物質是一種不會和輻射相互作用的物質）。美國馬裡蘭州巴爾的摩市空間望遠鏡科學研究所宇宙學家Adam Riess說：「它不是一個理論，它是數學。」 其他人希望破譯暗能量，這也許是物理學領域最大的謎團。15年前，當物理學家利用恆星爆炸（被稱作Ia型超新星）來追蹤宇宙膨脹的歷史時，他們發現了暗能量。和預期截然不同的是，他們發現宇宙膨脹正在加速，好像被某種形式的能使宇宙延展的能源推動。
關鍵問題是，暗能量是否是太空本身的一種屬性—— 一個宇宙常數（愛因斯坦用Λ來表示），或者是宇宙中的某種物質。宇宙學家想知道，隨著宇宙時間的推移，暗能量的密度是如何變化的。如果暗能量是太空的一部分，那麼其密度應該保持恆定。如果它是太空中的某種物質，那麼其密度可能隨著宇宙的擴張而減小。
Riess認為，普朗克也許給了我們一些指示，有線索表明，暗能量已經發生變化，它不是一個宇宙常數。
一致之處：圍捕暗物質
也許能共同促進粒子物理學和宇宙學發展的領域是它們的重疊之處：尋找暗物質。
暗物質由所謂的「大質量弱相互作用粒子」或WIMPs組成。WIMPs的設想誕生於上世紀80年代，當時理論學家指出，如果宇宙催生了這種粒子，那麼足夠數量的粒子將足以提供暗物質——假若它們的重量在質子重量的10~1000倍之間。
科學家希望通過不同的方式探測WIMPs。2008年，被稱為PAMELA的義大利衛星實驗發現了過量的高能正電子。
美國布朗大學的物理學家Richard Gaitskell說：「我持有一些偏見，但是我仍相信，直接尋找暗物質是我們發現標準模型漏洞的最有希望的方式之一。」
美國加州史丹福大學的Blas Cabrera說：「也許五年後，我們會得出一些更加明晰的線索。」
出乎意料
粒子物理學家和宇宙學家無法保證任何可能性最終能夠實現。如果無一湊效，一些人承認，他們會發現自己僅僅是在反覆不斷地驗證他們自創的盛行的理論。美國加州勞倫斯—伯克利國家實驗室的宇宙學家Saul Perlmutter說：「當我們遭遇一些未知的領域，這種情況很有可能發生。」
然而，Perlmutter說，他很樂觀地相信，更多突破將會以意想不到的方式到來，正如15年前他和其他人首次探測到暗能量那樣。他補充道：「你追我趕地去發現宇宙的新奧秘是我們玩過的最多產的『遊戲』，這不是因為你獲得了你想要的結果，而是由於你發現了意料之外的東西。」
研究宇宙結構的哈佛大學宇宙學家Daniel Eisenstein同意Perlmutter的觀點。他說：「我猜測問題在於，20年後我們是否還將問相同的問題？」（段歆涔）
《中國科學報》 (2013-09-10 第3版 國際)