普朗克太空探測器

大型強子對撞機

激光空間干涉引力波探測器

空間中的量子理論

    物理學(xué)理論開始陷入困境,，科學(xué)家們認為，下一個巨大突破可能源于他們正在進行的某個實驗,，以下7大實驗可能會在物理學(xué)界掀起驚濤駭浪,，徹底改變物理學(xué)的面貌。當然,，這些實驗都是科學(xué)界的“泰坦”,，而且會變得越來越龐大。

    大型強子對撞機

    希格斯玻色子（或許）已經(jīng)在科學(xué)家們的掌握之中,，但是,，耗費了無數(shù)人心血和資金的大型強子對撞機（LHC）饋贈給人類的可能不止于此。

    今年2月14日,，歐洲核子研究中心（CERN）的科學(xué)家們宣布,，LHC接下來將進入為期兩年的停機維護期。在這兩年內(nèi)他們將對該設(shè)備進行徹底的修理和升級,，希望在兩年后它能突破迄今為止最高8TeV對撞能量的限制,，以14TeV的初始設(shè)計能量進行對撞實驗。

    這一對撞能量應(yīng)該足以制造出諸如超弦理論等下一代物理理論預(yù)測可能存在的粒子,。但是,，LHC也是一臺碎鈔機，需要巨額資金來保障,。如果砸下去的錢沒有讓科學(xué)家們獲得他們所期望的結(jié)果,，那么，他們可能會繼續(xù)在宇宙間搜索,，測量宇宙射線或者細小的原子效應(yīng),，希冀從中找到答案,。

    普朗克探測器

    宇宙大爆炸留下的輻射中包含有早期宇宙留下的重要線索，歐洲航天局（ESA）于2009年發(fā)射升空的普朗克衛(wèi)星繪制出了早期宇宙最詳細的“肖像”,，該衛(wèi)星捕捉到的輻射足以讓科學(xué)家們不進行任何理論假設(shè),，就可以測量宇宙的質(zhì)量；也足以讓科學(xué)家們探測到宇宙波的漣漪并且測試各種膨脹模型,，這些膨脹模型認為,，整個宇宙大爆炸期間，宇宙一直在膨脹,。普朗克衛(wèi)星捕捉到的早期宇宙的圖像甚至可以讓科學(xué)家們研究除了標準模型以外的其他理論模型（諸如平行世界等）,。

    先進激光干涉引力波天文臺

    廣義相對論預(yù)測，時空中的漣漪應(yīng)該會持續(xù)不斷地在宇宙間穿梭,。從2014年開始,，位于美國的引力波探測器的升級版——先進激光干涉引力波天文臺，將使用幾千米長的激光“尺子”,，追蹤空間抖動（相當于地球向太陽移動單個原子直徑的十分之一的距離）,。

    如果該探測器能有所發(fā)現(xiàn)，它將是愛因斯坦相對論最至高無上的勝利,。如果該探測器一無所獲,，科學(xué)家們將不得不再次從重力理論出發(fā)，為宇宙建立新規(guī)則,。

    激光空間干涉引力波探測器LISA對脈沖雙星的觀測是間接證實引力波存在的有力證據(jù),，然而對來自宇宙深處的引力波的直接觀測始終未能實現(xiàn)，這也成為了相對論前沿研究的主要課題之一,。已經(jīng)有相當數(shù)量的地面引力波探測器投入運行,，最著名的是GEO600、LIGO（包括三架激光干涉引力波探測器）,、TAMA300和VIRGO,；而美國和歐洲合作的空間激光干涉探測器LISA正處于開發(fā)階段，其先行測試計劃LISA探路者于2009年底正式發(fā)射升空,。

    對引力波的探測將在很大程度上擴展基于電磁波觀測的傳統(tǒng)觀測天文學(xué)的視野,，人們能夠通過探測到的引力波信號了解到其波源的信息。這些從未被真正了解過的信息可能來自于黑洞,、中子星或白矮星等致密星體,，可能來自于某些超新星爆發(fā)，甚至可能來自宇宙誕生極早期的暴漲時代的某些烙印,，例如假想的宇宙弦,。

    激光空間干涉引力波探測器

    歐洲航天局的激光干涉探測器新引力波天文臺（NGO，原名“激光干涉空間天線”,，LISA）目前正處于開發(fā)研究階段,，其先行測試計劃LISA Pathfinder（LISA探路者）將于2014年底之前正式發(fā)射升空。

    “探路者”計劃也能確認廣義相對論中與重力有關(guān)的一切描述是否屬實,。另外,，該設(shè)備在穿過“鞍點”（地球和太陽的重力在“鞍點”相互抵消）時會厘清，當重力加速度極小時,，愛因斯坦的理論是否仍然站得住腳,。如果確實如此，這些引力空隙將是諸如修正牛頓引力理論（MOND,，以色列科學(xué)家莫德采·米爾格若姆于1981年提出了該理論,，來解決暗能量與星系自轉(zhuǎn)問題）等其他目前比較流行的理論的“葬身之地”。

    搜尋暗物質(zhì)的“芳蹤”

    今年是首次假定暗物質(zhì)存在80周年,。如今,，80年過去了，我們依然沒有揭開這種難以捉摸的物質(zhì)的“神秘面紗”,。

    理論指出,，星系和星系團都包裹在暗物質(zhì)粒子所構(gòu)成的巨大物質(zhì)云（暈）之中，這種物質(zhì)被稱為“弱相互作用大質(zhì)量粒子（WIMP）”,?？茖W(xué)家們耗費巨資，使用最尖端的設(shè)備并設(shè)計出了很多極端精確的實驗,，希望從茫茫宇宙中將這些狡猾的家伙揪出來,。DAMA/LIBRA（碘化鈉晶體暗物質(zhì)搜索實驗） 、CoGeNT和CRESST（超導(dǎo)溫度計探測低溫稀有事件）三大實驗是其中的佼佼者,，據(jù)報道,，這些實驗似乎已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了某些疑似暗物質(zhì)的物質(zhì)。

    另外,，據(jù)英國《每日電訊報》網(wǎng)站2012年7月8日報道,，歐洲核子研究中心（CERN）表示，他們的大型強子對撞機（LHC）已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了疑似希格斯玻色子的粒子,，下一步將著手搜尋暗物質(zhì),，為了完成這一目標，他們將耗資12億歐元對LHC進行升級,。

    實際上,，此前，DAMA實驗宣稱,，他們已經(jīng)探測到了這些暗物質(zhì)粒子,。DAMA實驗位于意大利中部地底下的格蘭薩索國家實驗室，科學(xué)家們以總重約兩百五十公斤的二十五個超純碘化鈉晶體進行實驗,。13年來,，DAMA觀測到的信號呈現(xiàn)季節(jié)性變化,，夏天出現(xiàn)的多于冬天。DAMA團隊認為,，這種年度變化是由于地球圍繞銀河系中心和太陽的軌道運動所致,。在北半球的夏季，圍繞太陽的公轉(zhuǎn)運動會使地球高速沖入看不見的銀河系暗物質(zhì)的云中,，增加WIMP擊中探測器的幾率,。

    最近，另外兩個合作項目CoGeNT和CRESST的觀測結(jié)果似乎也支持DAMA的說法,，但是其他實驗并未檢測到類似DAMA實驗的WIMP應(yīng)有的信號,。目前，關(guān)于DAMA,、CoGeNT以及CRESST究竟是的確觀測到了暗物質(zhì)粒子,，還是僅僅被一些鮮為人知的背景干擾以致形成了期待中的信號的假象，科學(xué)界尚未達成一致意見,。

    也有科學(xué)家認為,，宇宙之間根本不存在所謂的暗物質(zhì)。其實,，真正的問題在于,，我們對我們正在尋找的暗物質(zhì)知之甚少，我們需要更多數(shù)據(jù)和其他實驗來理解這些實驗,。

    中微子工廠

    中微子實驗——諸如位于中國廣東省大亞灣的實驗最終會有什么發(fā)現(xiàn),，我們完全無法預(yù)測?？茖W(xué)家們迄今還沒有完全搞清楚這個“魔鬼”粒子的屬性,，而且，這種粒子與其他粒子的交往太少,，因此,，要想對它們有所了解，需要海量的中微子才行,。

    nuSTORM或許可以解決這個問題,，科學(xué)家們將nuSTORM稱為可以批量制造出大量受控制的中微子束或反中微子束的“工廠”。這一工廠或許有助于科學(xué)家們厘清中微子的性質(zhì)以及有多少種中微子,，以最終解決這樣一個問題,，是否還存在其他類型的不相互作用的惰性中微子？

    空間中的量子理論

    在幾千公里的范圍內(nèi)發(fā)射光量子的實驗迄今僅僅證實,，這些粒子之間存在著令人詫異的相互關(guān)系和糾纏,。當然，科學(xué)家們并不滿足于此，他們正在開展一些實驗以通過衛(wèi)星在幾大州之間發(fā)射光量子,。這是在空間中的更大距離內(nèi)測試量子理論的第一步,，在這一距離范圍內(nèi)，相對論的扭曲變得非常明顯,。這些實驗還有一些附贈品,，那就是，科學(xué)家們可以弄清楚,，當量子理論和相對論相碰撞時，會發(fā)生什么事情,。(記者 鄭煥兵 綜合外電)