科學家提出未來20年粒子物理學研究框架

在近日由美國物理協會組織的斯諾馬斯夏季研究會上，來自100所大學和實驗室的近700位粒子物理學家經過9天的密集討論，最終總結出一個統一的框架。這一框架規劃了物理學家如何在未來20年里揭示隱藏在物質、能量、空間與時間背后的秘密。

在過去兩年中，物理學家在理解宇宙基本法則方面取得了非凡進步，但在有關宇宙性質的很多方面依然覺得困惑。比如中微子的基本屬性、暗物質和暗能量的所有性質等等問題至今仍保持神秘。而在去年7月發現與希格斯玻色子高度近似的新粒子并不斷加深確認后，物理學家們提出了一個粒子物理學未來研究工作的20年展望，包括了今后要研究的宇宙問題框架。以下是問題簡述：

（1）希格斯粒子與人們迄今為止所遇到的任何其他粒子都不同，它為何會不同？還有更多的不同之處嗎？

（2）中微子非常輕、難以捉摸而且會在飛行中改變身份。怎樣使這些特性符合我們對自然性質的理解？

（3）已知粒子占了宇宙中所有物質的1/6，剩下來的是暗物質。但它究竟是什么？我們能在實驗室里探測到這些粒子嗎？自然界還有其他未發現的粒子嗎？

（4）自然界已知有四種力，它們能否統一成一種力的形式？還有其他科學家未曾預料的新力嗎？

（5）時空中是否存在隱藏的新維度？

（6）大爆炸產生了物質和反物質，但我們今天的世界只由物質組成，為什么？

（7）宇宙的膨脹為何會加速？

“在粒子物理學領域有許多能量，也有大量的觀點，”美國物理協會粒子與場分部主席喬納森·羅斯納說，“在過去的一年來，我們發現了希格斯玻色子，并在研究中微子方面取得了重要成果。但還有更多秘密等著發現。我們對宇宙物質和能量掌握的還不到5%，而在未來20年里，將有什么實驗來幫助我們拓展這些知識呢？”

此外，會議報告也反映了科學家們的下一代觀念，包括了對研究生、博士生和該領域年輕科研成員的調查結果，而他們將成為粒子物理學界的中流砥柱。“我們對近1000名年輕科學家進行了調查。” 美國錫拉丘茲大學研究人員喬納森·阿薩迪說，“斯諾馬斯進程還在計劃下一代實驗，其中許多長達10年之久。今天的決定將造就未來年輕科學家的職業，從現在開始他們將執行這些實驗。”

最終報告將于今年秋季公布，將詳細解釋每個問題的科學重要性，以及探索這些問題所需的科學儀器。會議報告將為粒子物理學項目優選小組（P5）提供決策參考，開發戰略性計劃并為美國能源部和國家科學基金會提供建議。