普朗克太空探測(cè)器
大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)
激光空間干涉引力波探測(cè)器
空間中的量子理論
物理學(xué)理論開(kāi)始陷入困境，科學(xué)家們認(rèn)為，下一個(gè)巨大突破可能源于他們正在進(jìn)行的某個(gè)實(shí)驗(yàn)，以下7大實(shí)驗(yàn)可能會(huì)在物理學(xué)界掀起驚濤駭浪，徹底改變物理學(xué)的面貌。當(dāng)然，這些實(shí)驗(yàn)都是科學(xué)界的“泰坦”，而且會(huì)變得越來(lái)越龐大。
大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)
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(fèi)了無(wú)數(shù)人心血和資金的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）饋贈(zèng)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(lái)將進(jìn)入為期兩年的停機(jī)維護(hù)期。在這兩年內(nèi)他們將對(duì)該設(shè)備進(jìn)行徹底的修理和升級(jí)，希望在兩年后它能突破迄今為止最高8TeV對(duì)撞能量的限制，以14TeV的初始設(shè)計(jì)能量進(jìn)行對(duì)撞實(shí)驗(yàn)。
這一對(duì)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(cè)可能存在的粒子。但是，LHC也是一臺(tái)碎鈔機(jī)，需要巨額資金來(lái)保障。如果砸下去的錢沒(méi)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(huì)繼續(xù)在宇宙間搜索，測(cè)量宇宙射線或者細(xì)小的原子效應(yīng)，希冀從中找到答案。
普朗克探測(cè)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(xì)的“肖像”，該衛(wèi)星捕捉到的輻射足以讓科學(xué)家們不進(jìn)行任何理論假設(shè)，就可以測(cè)量宇宙的質(zhì)量；也足以讓科學(xué)家們探測(cè)到宇宙波的漣漪并且測(cè)試各種膨脹模型，這些膨脹模型認(rèn)為，整個(gè)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(biāo)準(zhǔn)模型以外的其他理論模型（諸如平行世界等）。
先進(jìn)激光干涉引力波天文臺(tái)
廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)，時(shí)空中的漣漪應(yīng)該會(huì)持續(xù)不斷地在宇宙間穿梭。從2014年開(kāi)始，位于美國(guó)的引力波探測(cè)器的升級(jí)版——先進(jìn)激光干涉引力波天文臺(tái)，將使用幾千米長(zhǎng)的激光“尺子”，追蹤空間抖動(dòng)（相當(dāng)于地球向太陽(yáng)移動(dòng)單個(gè)原子直徑的十分之一的距離）。
如果該探測(cè)器能有所發(fā)現(xiàn)，它將是愛(ài)因斯坦相對(duì)論最至高無(wú)上的勝利。如果該探測(cè)器一無(wú)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(cè)器LISA對(duì)脈沖雙星的觀測(cè)是間接證實(shí)引力波存在的有力證據(jù)，然而對(duì)來(lái)自宇宙深處的引力波的直接觀測(cè)始終未能實(shí)現(xiàn)，這也成為了相對(duì)論前沿研究的主要課題之一。已經(jīng)有相當(dāng)數(shù)量的地面引力波探測(cè)器投入運(yùn)行，最著名的是GEO600、LIGO（包括三架激光干涉引力波探測(cè)器）、TAMA300和VIRGO；而美國(guó)和歐洲合作的空間激光干涉探測(cè)器LISA正處于開(kāi)發(fā)階段，其先行測(cè)試計(jì)劃LISA探路者于2009年底正式發(fā)射升空。
對(duì)引力波的探測(cè)將在很大程度上擴(kuò)展基于電磁波觀測(cè)的傳統(tǒng)觀測(cè)天文學(xué)的視野，人們能夠通過(guò)探測(cè)到的引力波信號(hào)了解到其波源的信息。這些從未被真正了解過(guò)的信息可能來(lái)自于黑洞、中子星或白矮星等致密星體，可能來(lái)自于某些超新星爆發(fā)，甚至可能來(lái)自宇宙誕生極早期的暴漲時(shí)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(cè)器
歐洲航天局的激光干涉探測(cè)器新引力波天文臺(tái)（NGO，原名“激光干涉空間天線”，LISA）目前正處于開(kāi)發(fā)研究階段，其先行測(cè)試計(jì)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(jì)劃也能確認(rèn)廣義相對(duì)論中與重力有關(guān)的一切描述是否屬實(shí)。另外，該設(shè)備在穿過(guò)“鞍點(diǎn)”（地球和太陽(yáng)的重力在“鞍點(diǎn)”相互抵消）時(shí)會(huì)厘清，當(dāng)重力加速度極小時(shí)，愛(ài)因斯坦的理論是否仍然站得住腳。如果確實(shí)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(lái)解決暗能量與星系自轉(zhuǎn)問(wèn)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(guò)去了，我們依然沒(méi)有揭開(kāi)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(tuán)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(fèi)巨資，使用最尖端的設(shè)備并設(shè)計(jì)出了很多極端精確的實(shí)驗(yàn)，希望從茫茫宇宙中將這些狡猾的家伙揪出來(lái)。DAMA/LIBRA（碘化鈉晶體暗物質(zhì)搜索實(shí)驗(yàn)） 、CoGeNT和CRESST（超導(dǎo)溫度計(jì)探測(cè)低溫稀有事件）三大實(shí)驗(yàn)是其中的佼佼者，據(jù)報(bào)道，這些實(shí)驗(yàn)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(guó)《每日電訊報(bào)》網(wǎng)站2012年7月8日?qǐng)?bào)道，歐洲核子研究中心（CERN）表示，他們的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（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(biāo)，他們將耗資12億歐元對(duì)LHC進(jìn)行升級(jí)。
實(shí)際上，此前，DAMA實(shí)驗(yàn)宣稱，他們已經(jīng)探測(cè)到了這些暗物質(zhì)粒子。DAMA實(shí)驗(yàn)位于意大利中部地底下的格蘭薩索國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，科學(xué)家們以總重約兩百五十公斤的二十五個(gè)超純碘化鈉晶體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。13年來(lái)，DAMA觀測(cè)到的信號(hào)呈現(xiàn)季節(jié)性變化，夏天出現(xiàn)的多于冬天。DAMA團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這種年度變化是由于地球圍繞銀河系中心和太陽(yáng)的軌道運(yùn)動(dòng)所致。在北半球的夏季，圍繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)使地球高速?zèng)_入看不見(jiàn)的銀河系暗物質(zhì)的云中，增加WIMP擊中探測(cè)器的幾率。
最近，另外兩個(gè)合作項(xiàng)目CoGeNT和CRESST的觀測(cè)結(jié)果似乎也支持DAMA的說(shuō)法，但是其他實(shí)驗(yàn)并未檢測(cè)到類似DAMA實(shí)驗(yàn)的WIMP應(yīng)有的信號(hào)。目前，關(guān)于DAMA、CoGeNT以及CRESST究竟是的確觀測(cè)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(hào)的假象，科學(xué)界尚未達(dá)成一致意見(jiàn)。
也有科學(xué)家認(rèn)為，宇宙之間根本不存在所謂的暗物質(zhì)。其實(shí)，真正的問(wèn)題在于，我們對(duì)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(shí)驗(yàn)來(lái)理解這些實(shí)驗(yàn)。
中微子工廠
中微子實(shí)驗(yàn)——諸如位于中國(guó)廣東省大亞灣的實(shí)驗(yàn)最終會(huì)有什么發(fā)現(xiàn)，我們完全無(wú)法預(yù)測(cè)。科學(xué)家們迄今還沒(méi)有完全搞清楚這個(gè)“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(duì)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(gè)問(wèn)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(gè)問(wèn)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(shí)驗(yàn)迄今僅僅證實(shí)，這些粒子之間存在著令人詫異的相互關(guān)系和糾纏。當(dāng)然，科學(xué)家們并不滿足于此，他們正在開(kāi)展一些實(shí)驗(yàn)以通過(guò)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(cè)試量子理論的第一步，在這一距離范圍內(nèi)，相對(duì)論的扭曲變得非常明顯。這些實(shí)驗(yàn)還有一些附贈(zèng)品，那就是，科學(xué)家們可以弄清楚，當(dāng)量子理論和相對(duì)論相碰撞時(shí)，會(huì)發(fā)生什么事情。(記者 鄭煥兵 綜合外電)
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