科學家可能找到一種新途徑，窺探「黑暗世界」的物理學。這裡的黑暗世界是指暗物質和暗能量，它們在宇宙中的比重達到95%。暗物質對正常物質產生引力拖拽，暗能量據信導致宇宙膨脹速度加快。不過，科學家從未對它們進行直接觀測。為了窺探這個黑暗世界，科學家需要調整大型強子對撞機的探測器。
世界上最大的原子對撞機——大型強子對撞機，在法國-瑞士邊境地下形成一個27公裡長的環
在一篇新論文中，理論物理學家表示他們制定了一項新計劃，搜尋理論中存在但從未在現實中觀測到的粒子。這些粒子被形象地稱之為「長壽粒子」，可能是窺探暗物質和暗能量的一個窗口。暗物質和暗能量在宇宙中的比重達到95%，前者對正常物質產生引力拖拽，後者據信導致宇宙膨脹速度加快。
馬裡蘭州大學博士後研究員劉振（Zhen Liu，音譯）表示，由於暗物質和暗能量與宇宙中正常物質間的交互非常微弱，科學家從未對它們進行直接觀測。劉振是新計劃的參與者之一。他在接受《生活科學》雜誌採訪時指出：「它們不與我們對話。」
暗物質藝術概念圖
長壽粒子可能提供一種途徑，讓這個黑暗世界與正常世界之間進行溝通。劉振和他的同事認為，藉助大型強子對撞機的某些探測器，物理學家有可能發現長壽粒子的蹤跡。大型強子對撞機的環形隧道長27公裡，座落於法國-瑞士邊境地下100米，是世界上最大的原子對撞機。
這個黑暗世界也被稱之為「隱藏區」，充斥著標準物理學模型以外的一系列假想粒子。（標準模型用於解釋質子、中子、電子以及伴隨它們的所有奇異亞原子粒子，例如夸克、介子、中微子和希格斯玻色子。）
大型強子對撞機的探測器，用於探測對撞中產生的奇異粒子以及它們的衰變產物
如果正常物質是一個山谷，黑暗世界便是山脊另一側的平行山谷。翻過這個山脊需要耗費大量能量，因此，黑暗世界的粒子彼此間發生強烈交互，但與山脊另一側粒子的交互卻很弱。不過，某些粒子可能穿過這道能量屏障，通過所謂的「量子隧穿」過程，從黑暗世界進入到我們熟悉的正常世界。
劉振表示這些粒子可能並不是質子、中子等穩定粒子的「黑暗版」，但可能與較為不穩定的標準模型粒子更為相似。研究人員希望發現這些隧穿粒子。芝加哥大學理論物理學家王連濤（Liantao Wang，音譯）表示即使存在，這些粒子也非常罕見。
樂高版超環面儀器實驗裝置（ATLAS）。ATLAS是大型強子對撞機的一部分
大型強子對撞機能夠將質子加速到令人驚異的程度，每秒可產生10億次對撞。猛烈的撞擊將質子分解成大量已知的標準模型粒子。但對於尋找隱藏區的科學家來說，所有這些粒子都是「噪音」。王連濤指出隧穿粒子可能十年才會出現幾次。
4月3日，《物理評論快報》刊登了王連濤、劉振等人的論文。他們在論文中闡述了一種窺探這些罕見粒子的途徑。王連濤表示一切都取決於時機。與大型強子對撞機產生的大量標準模型粒子相比，長壽粒子質量巨大且行動遲緩。
大型強子對撞機的緊湊渺子線圈實驗裝置（CMS）。CMS是一臺多用途探測器，能夠對能量達到7萬億電子伏特的質子束對撞的很多方面進行研究
劉振指出長壽粒子之所以速度緩慢是因為它們必須克服巨大的能量障礙才能在正常物質構成的世界留下印記。不過，蝸牛般的速度對物理學家來說反而是一個有用的特徵。大型強子對撞機中的大多數基本粒子以光速移動且迅速衰變。例如，希格斯玻色子會在10的-22次方秒內消失，衰變成一組更穩定的粒子。
王連濤指出長壽粒子的壽命更長，最長可達到0.1秒。此外，它們的速度也到不了光速。因此，調整大型強子對撞機的探測器，以尋找遲一些抵達傳感器的粒子，應該就是探測長壽粒子的關鍵所在。「這是一個非常簡單的想法，但能夠產生令人驚異的功效。」
大型強子對撞機的大型離子對撞機實驗裝置（ALICE），用於研究重離子對撞
現在，大型強子對撞機正在進行升級。劉振表示某些調整將隨著對撞機的升級而自然完成。2021年重啟後，對撞機的探測器測算粒子抵達時間的精確度可達到現在的10倍。在此基礎上，科學家只需對軟體進行一些調整並確保使用對撞機的物理學家優先考慮搜尋工作，便可充分利用強子對撞機的能力。王連濤和劉振指出，他們正與同事舉行一系列會議，以確保所有人步調一致。劉振說：「我們的想法有望成為現實。」
翻譯：牛樹軍
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