欧洲核子研究中心(CERN)上周宣布，大型强子对撞机(LHC)已恢复运行，准备迎接2016年的新赛季。它以接近光速的速度将质子撞在一起，并在碎片中创造出奇异的物质形式。
回到杜克大学，参与大型强子对撞机阿特拉斯实验的学生和教授们都急切地想看看2016年的运行是否提供了任何令人惊讶的新物理学的线索。
杜克大学研究生道格拉斯·戴维斯说:“这真是一个激动人心的时刻。“希望这些新数据能带来我们意想不到的东西。”
CERN’s大型强子对撞机(LHC)通过粉碎以接近光速运动的质子，创造出奇特的物质形式。这张图片描述了由LHC’s ATLAS实验检测到的碰撞，该实验由杜克大学的物理学家合作完成，在四月的光束调试期间。(来源:欧洲核子研究中心)
自20世纪70年代初以来，物理学家一直依赖于标准的物理模型来解释宇宙中所有最基本的物质以及它们相互作用的力。它在描述大型强子对撞机创造的所有奇特的新粒子方面表现得非常好，从宏伟的希格斯玻色子到去年发现的奇特的五夸克。
但标准模型并不能完全解释一切。例如，它无法调和引力(我们每次打翻咖啡杯或掉笔时都会验证引力的存在)或暗物质(物理学家通过观察宇宙中扭曲的星系知道暗物质的存在)。
2016年4月23日，阿特拉斯号记录了早期质子与质子的碰撞。这张照片显示的是ATLAS探测器的核心，来自LHC的两束质子束在这里相撞。在这种情况下，相互碰撞的质子会产生十种主要的相互作用，如白色所示。在这些相互作用中产生的粒子的重建轨迹用黄色画出来。(来源:欧洲核子研究中心)
在即将到来的运行中，大型强子对撞机将以其全部设计能力运行，以13万亿电子伏特(万亿电子伏特)的能量粉碎质子束，这几乎是2009年至2013年发现希格斯粒子的“运行1号”的碰撞能量的两倍。
在2016年的重新启动中，他们还增加了束流的“亮度”，缩小了质子束的尺寸，将每次碰撞的次数提高了5到6倍，从而获得了5到6倍的数据。
对于粒子物理学家来说，更多的能量和更多的数据意味着在标准模型中发现异常的更好机会，这些异常可以为其他理论提供证据，比如超对称性或弦理论，或者指向一个全新的方向。
“如今，任何哪怕是一点点新东西或意料之外的东西都会让所有人议论纷纷。”戴维斯说。“每个人都在焦急地等待着什么事情发生。”
目前，物理学界最令人兴奋的是2015年运行期间观测到的750 GeV的“撞击”。如果得到证实，这一信号可能意味着发现了一个比希格斯粒子重六倍的全新粒子。但是，这也可能只是统计上的波动。
杜克大学阿特拉斯团队负责人、物理学教授马克克鲁斯(Mark Kruse)表示:“现在有一种巨大的兴奋感，因为在几个月后的不久，我们就能确定那个撞击是否真实存在。”他说:“我现在还在观望，不知道这是不是真的，但我敢打赌这肯定不是真的。它当然不属于标准模型，但不幸的是，它也不能很好地适应任何被看好的替代标准模型的竞争者。”
质子碰撞碎片场的视图，从光束线向下(左)和从光束线侧面(右下)观察。在右上角，放大的质子相互作用区域，显示了它们碰撞的位置(白色方块)和重建的轨道。(来源:欧洲核子研究中心)
杜克大学的团队不会把所有精力都集中在那里。克鲁斯说，他们让研究人员从事各种各样的项目，从寻找新的暗物质候选者到仔细分析罕见的标准模型事件。
戴维斯计划使用一种叫做AIDA的分析技术，最初是由克鲁斯的导师、克鲁斯的第一个研究生塞巴斯蒂安·卡隆开发的。戴维斯将利用该技术在一个罕见的标准模型过程中寻找异常，该过程产生两个顶夸克和一个Z或W玻色子。
即使一切都如标准模型所预测的那样，戴维斯仍然认为我们能够收集这些数据的事实仍然令人印象深刻。
戴维斯说:“看到所有东西都像标准模型所说的那样工作似乎有点无聊，但与此同时，它就像
1人，这是70年代写的，他们可能从来没有梦想过能够观察到所有这些。”“但到目前为止，它运行得很好。”
作者:Kara Manke
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://researchblog.duke.edu/2016/05/16/lhc-reboot-promises-piles-of-new-data-for-duke-physicists/