超级粒子加速器欧洲大型正负电子对撞机.doc

“超级”，不仅是指其体积大，设备复（简 称所 的 电 子 , 质 子 对 撞 机展开了一场建造正负电子对撞机的伏），以及日本高能加速器研究组织基本粒子，必须借助具有相当能量中心以往建造的一系列多级加速器超级粒子加速器欧洲大型正负电子对撞机众所周知，粒子的加速器和对家实验室的名为“*#+ 能级加速器” 撞机对于研究粒子物理来讲，是重的质子 , 反质子对撞机（简称 "-./0欧 洲 要而又必不可少的实验设备。但什1234，最大能量为 56&& 亿电子伏），大型正负电子对撞机构造 么是 “超级粒子加速器”呢？所谓位于德国汉堡电子同步加速器研究6& 世纪 <& 年代，欧洲和美国杂，动辄占地数十平方公里，更主要7#89， 最 大 能 量 为 %&&& 亿 电 子竞争，欧洲核子研究中心为了占据 是指加速器的能量高。因为要想打伏），美国能源部所属布鲁克海文国在粒子物理研究领域的领先地位， 破质子和中子，克服束缚内部基本家 实 验 室 的 相 对 论 重 粒 子 对 撞 机动 工 建 造 了 大 型 正 负 电 子 对 撞 机 组分的强作用力，发现更小的新的（简 称 87:(， 最 大 能 量 为 亿 电 子（"#$）。为了节省建设经费，它由该的加速器才有可能。另一方面，要 的 强 流 质 子 加 速 器 （简 称 ; , 串联而成，包括电子直线加速器、正 想 分 析 质 子 和 中 子 的 内 部 微 观 结 $98(， 最 大 能 量 为 )&& 亿 电 子 电子积累环、质子同步加速器、超级 构，由于观测的尺度非常小，按照量 伏）。相比之下，北京正负电子对撞 质子同步加速器，加上新建的对撞 子理论海森堡不确定性原理，需要 机的最大能量只有 %) 亿电子伏。 机设备，构成为一套连续性的电子 具有极高能量，即极短波长的辐射， 下面将简单介绍这些超级加速 加速装置，使能量不断提高，每台加 而这也需要极高能量的加速器来产 器的现状和所从事的科研内容。 速器将束流加速后注入到下一台加 生。事实上，以往粒子物理学的大量突破性的发现都是依靠日益强大 的高能加速器才取得的。在当今的世界上，称得上“超级 粒子加速器”的只有 ! 台，分别为位于日内瓦欧洲核子研究中心的大型正负电子对撞机（简称 "#$，最大能 量为 %&&& 亿电子伏），位于美国斯 坦福直线加速器中心的斯坦福直线 对撞机 （简称 "(，最大能量为 )&& 亿电子伏），位于美国芝加哥费米国伏，质子为 ( 万电子伏，铅离子为 &!( 万电子伏。正电子积累环将电子直线加速 器引出的 $ 亿电子伏的正电子注入 正电子积累环后进行积累，达到足 够强度后引出，并与电子直线加速 器引出的电子束一起注入质子同步 加速器。子，在电子枪中从金属表面获得电子和在电子回旋加速器共振源将铅 原子的电子壳剥离。另外，在原有的质子同步加速 器附近又新建了增强器，由环和束 流传输区的设施组成。增强器的环 由 %$ 周期结构组成，每个周期结构 有一组基本上相同的磁铁，包括弯 转磁铁、# 块四极磁铁、弯转磁铁加 一个直线节，直线节里包括冲击磁 铁、切割磁铁、高频腔、束流监测器 等部件。束流传输区的设施包括注 入线和引出线，引出线将增强器来 的束流引出并重新组合。超 级 质 子 同 步 加 速 器 建 于%+"$ 年，它的主加速器平均直径达!( 米，深埋于地下，有 % 层楼那 么高。%+*# 年改造成能量分别为&( 亿 电 子 伏 的 质 子 , 反 质 子 对 撞机，来自质子同步加速器的质子 和反质子可在这里加速到 !"( 亿 电子伏，然后进行对撞，这样所得到 的质心系能量相当于 %-./ 的静 止靶加速器进行同类实验所能达到速器里，逐渐将束流加速到很高的能量。这 台 正负 电 子 对 撞机 周 长 !" 公里，主环跨越法国和瑞士国界，占 地 #$ 公顷，总投资 $ 亿美元，由 %& 个成员国共同承担。对撞机安装在 地下 ( 至 %" 米深的隧道中，隧道 截面为圆形，直径 #) * 米。主环上有&* 块 #$ 米长的二级磁铁、""$ 块 四极磁铁、(& 块六级磁铁、(& 块 二级校正磁铁，以及 !$ 个超导高 频腔。对撞区采用 * 块超导四极磁 铁。%+*+ 年 * 月 %# 日实现首次对撞 ，最 终 正 负 电 子 能 量 分 别 达 到%( 亿电子伏。其中，电子直线加速器长 $( 多米，先由一段 ! 亿电子伏的高流 强直线加速器提供电子束，打在钨 靶上产生正电子，再由第二段加速 器将正电子加速到 $ 亿电子伏，移 开钨靶并减少场梯度，将电子也加质子同步加速器建于 !( 世纪( 年代，是欧洲核子研究中心最早 建设的加速器，%+ 年开始连续运 行。它的直径为 !( 米，当时是世界 上功率最大的加速器。此次对原有 的 质 子 同 步 加 速 器 进 行 了 重 大 改%+%+ 年 ，英国科学家卢 瑟福用天然放 射源中能量为 几 百 万 电 子 伏 、 速 度 为! 0 %(+ 厘 米 1 秒的高速 ! 粒子束 （即氦核）作 为 “炮 弹 ”， 轰 击 厚 度 仅 为化锌荧光屏测得了粒子散射的分布，发现原子核本身有结构， 从而激发了人们寻求更高能量 的粒子来作为 “炮弹”的愿望。 静电加速器 （%+!* 年）、回旋加美国科学家柯克罗夫特和爱尔兰 科学家沃尔顿建 造成世界上第一 台 直 流 加 速 器柯克罗夫特, 沃尔顿直流高 压加速器，以能量为 &( 万电子 伏的质子束轰击锂靶，得到 ! 粒子和氦的核反应实验。这是 历史上第一次用人工加速粒子 实现的核反应，二人因此获得粒子加速器的发展历史速 器（%+!+年）、倍压加速器 （%+#! 年）等 不 同 设 想 几 乎 在 同 一 时 期 提 了出来。“靶”，() (& 厘米的金属箔的实现了人类科学史上第一次人工核反应。利用靶后放置的硫年 ，%+#!用非常大，在每个连续的周期内，能 器，又称反物质工厂，它通过高能对 够处理不同的粒子束流。束流然后 撞产生反氢原子，然后将其冷却，减 注入到超级质子同步加速器、大型 速到便于运用的能量，最后将其引 正负电子对撞机进一步加速。 出，提供给物理学家们研究光谱学来自质子同步加速器的质子束和检验物质的基本对成性。 流也用来产生反质子。&% 世纪 % 年代末，欧洲核子 研 究 中 心 建 造 了 一 台 反 质 子 积 累 器，其主要任务是产生和积累高能的能量，亮度高于同时期美国费米反 质 子 注 入 到 超 级 质 子 同 步 加 速 实验室的 ()*+,-./ 质子 0 反质子对器，以便将其改造成一台质子 0 反 撞机。质子对撞机。有了反质子后，物理学 超级质子同步加速器后来作为家们认为如果在低能时用这些反质质子 0 反质子对撞机、重离子加速 子会更有收获。所以该中心又建造 器和大型正负电子对撞机的正负电 了一台低能反质子环。反质子积累 子注入器，它也可将铅离子加速到 环中积累的反质子被引出，在质子!% 亿电子伏，这是目前世界上获同步加速器中减速，然后注入到低物理实验项目 得的最高的能量，用于研究大爆炸能反质子环进一步减速。利用大型正负电子对撞机产生 后可能存在的夸克胶子等离子体。以后又在反质子积累器附近建的带电粒子束流，让它打固定靶的质子和重离子束进入 !% 亿电造了第二个环，即反质子收集器，以原子，或与来自相反方向同样的束 子伏的增强器提供能量后再注入到便将反质子的产生率提高 !% 倍。反流发生对撞，在这两种情况下，都产质子同步加速器。电子先存储起来， 质子收集器现已改造为反质子减速生大量的新粒子。物理学家们利用然后在正负电子积累环中进一步加探测器对每个粒子进行计数，跟踪速。电子束与重金属靶对撞产生正和描述其特征，研究许多粒子间的电子，也存储在正负电子积累环里相互作用过程。这些实验主要分为并加速。固定靶实验和对撞实验两类。 随后，所有粒子束流通过质子固定靶实验研究粒子束与靶原同步加速器，每个加速周期需 &1 2子对撞后发生了什么。靶反冲中用 秒。质子同步加速器的控制系统作去多数的束流能量，只剩下少部分了 !"#! 年的诺贝尔物理奖。器的工作原理，劳质子加速到 &#% 万电子伏左右，如!"$ 年，美国科学家凡德格拉伦 斯 于 !"$& 年 建将加速器磁场的强度设计成沿半径 夫发明了使用另一种产生高压方法成 了 第 一 台 直 径方向随粒子能量同步增长，则能将 的高压加速器凡德格拉夫静电为 & 厘米的回旋质子 加速到 上亿电 加速器。以上两种粒子加速器均属回速器，它能将质子伏，称为等时性回直流高压型，它们能 子 加 速 到 !% 万 旋加速器。加 速 粒 子 的 能 量 受 电子伏，并用它产 带 电 粒 子 加 速 高压击穿所限，大约 生了人工放射性同位素，为此获得 器自 $% 年代问世以 为 !% 万电子伏。 了 !"$" 年的诺贝尔物理奖。这是加 来，主要是朝更高能!"$% 年 ， 美 国速器发展史上获此殊荣的第一人。量的 方向发 展。在实 验 物 理 学 家 劳 伦由于被加速粒子质量、能量之这个过程中，任何一种加速器都经 斯 提 出 了 回 旋 加 速间的制约，回旋加速器一般只能将过了发生、发展和加速能力或经济，特别的特性。-./,0- 实验-./,0- 装 置 将 来自反质子减速器的 反质子加以减速、冷却 和捕获。反质子在称 为潘宁陷阱的电磁高 真空中被捕获，同时来 自放射性源的正电子 累积在另一个陷阱里， 两群带电粒子（约 ! 万 反质子，1$ 万正电子）混合在一起产生反氢原子。形成的反氢 原子因为不带净电荷， 从电磁陷阱中逃逸出来，然后湮灭， 被 一 个 特制 的 探 测 器探 测 到 。 -2./,0- 还测量反氢原子光谱，并与 氢原子加以比较，以修正目前的物质与反物质模型。-.3-4 实验 制造冷反氢原子，然后减速、冷却，最后在 #5 &6 的绝对温度中储 存起来。通过对反质子的检测表明，反质子降速环上，反质子便可在陷阱中而不是在储存环中累积而被捕 获。-(-89(- 实验 是在低能反质子环和反质子减速器上开展反质子氦研究的一个项能量创造新的粒子。在固定靶实验中，所产生的粒子一般都向前飞行， 所以实验通常都用锥型探测器，放 在光束线的下游。对撞实验研究两个按相反方向 运动的粒子束发生的对撞，所有的 能量都可用来产生新的粒子。新产 生 的 粒 子 从 对 撞 点 向 各 个 方 向 辐 射，所以探测器大都是球型或圆柱 型。在大型正负电子对撞机近 !& 年 的运行中，进行的各项实验详细研 究了电磁和弱力物理的各个方面， 对 标 准 模 型 进 行 了 极 为 精 确 的 检 验。()*+,（在线同位素质量分离 器）位于质子同步加速器增强器， 是一个独特的低能不稳定放射性同 位素源，对它们的研究可使科学家 们改进原子核的模型，其应用范围目，主要研究反质子氦原子的特性，利用与镤电子原子三重共振中微波和 光 束 精 确 测 量 超 精 细 结 构 的 分 裂，推断出反质子量子电动力学的 基本能量尺度里德伯常数，了解在 极低温时反质子的原子相互作用。4( 实验旨在测量动量在 &$ 至 %$ 亿电 子伏范围内的质子和 : 介子在薄和 厚的核靶上产生的次级强子，以了 解 : 介子的产量，优化最近提出的效 益 受 到 限 制 的三个阶段。自回旋 加速器后，又相继 出 现 了 同 步 回 旋 加速器、电子同步 加速器、直线加速 器等。!"#$ 年，美国科学家科斯特研 制 出 世 界 上 第 一 个 电 子 感 应 加 速 器。但由于电子沿曲线运动时其切 线方向不断放射的电磁辐射造成能 量的损失，电子感应加速器的能量提高受到了限制，极限约为 ! 亿电子伏。电子同步加速器使用电磁场 提供加速能量，可以允许更大的辐 射损失，极限约为 !$ 亿电子伏。电 子 只 有 作 直 线 运 动 时 没 有 辐 射 损 失，使用电磁场加速的电子直线加 速 器 可 将 电 子 加 速 到 %$ 亿 电 子 伏，这不是理论的限度，而是造价过 高的限制。为了对原子核的结构作进一步 的探索和产生新的基本粒子，必须 研究能建造更高能量的粒子加速器的原理。!"#% 年，前苏联科学家维克斯列尔和美国科学家麦克米伦各 自独立发现了自动稳相原理，英国 科学家阿里芳特也曾建议建造基于 此原理的加速器稳相加速器。自 动稳 相 原理 的发现是加速器发 展史上的一次重大 革命，它导致一系 列能突破回旋加速 器能量限制的新型 加速器产生。自此线光谱“膝区”之迷。)*#"+ 实验 实验设备由精密的双臂磁谱仪组成，安装在质子同步加速器上，通 过表示出夸克冷聚的大小，灵敏地 检验对量子色动力学中手征对称破 坏的理论。目标是测量飞秒量级的 质子和反质子寿命，精度达 %&, 。+-.$"/ 实验)10$!* 探测器由几层的粒子探测 中微子工厂的设计，改进大气中微通过超级质子同步加速器，更器组成，每层探测器在识别对撞中子流量的估计值。多了解由夸克组成的强子的特性， 产生的粒子中起不同作用。它利用!"#$ 实验设法发现强子是如何组成的，是什契仑可夫环成像技术，拾取正负电 是在质子同步加速器上开展的么引起核子的自旋。测量铅与铅原子对撞产生的碎片，对各种次级带 强子产生实验，该实验有一台大接子核或铅与金原子核对撞的不同方电粒子加以区分，旨在识别轻子、光 收度的带电粒子磁谱仪，利用带标面，寻找科学家们所称的“夸克胶子子和强子。它还有一个先进的硅探 记的带电粒子束流，目的是研究相等离子体”。测器提供精确的跟踪，目的主要在 对低能强子的产生，优化拟议中的"01$! 实验于朝对撞点向后推断径迹来探测寿 中微子工厂靶的建造，不仅可将大"01$! 探 测 器 是 一 个 设 置 在命非常短的粒子，帮助科学家搞清 气 中 微 子 流 量 的 可 靠 计 算 扩 展 到束流管道周围的圆柱型探测器，用对撞中发生了什么。)10$!* 探测%&&& 亿电子伏区域，而且还能对解来测量大型正负电子对撞机上正负器 的 设 计 和 建 造 共 花 费 了 3 年 时 开约 ( %& 电子伏时带电粒子宇宙电子对撞产生的事例，旨在研究粒间，参加该实验组有来自 22 个国家子物理标准模型。参加这一实验的有来自全世界 2 所大学和国家实 验室的几百名物理学家。)10$!* 实验 大型正负电子对撞机使电子束流与正电子束流发生对撞，物质与 反物质相遇后自我湮灭，产生大量 能量，这些能量转化为新的粒子。加 速 器 的 建 造 解 决 了 原 理 上 的 限%452 年美国科学家柯隆、李温美 国 劳 伦 斯 国 家 实 验 室 %456 制，但提高能量受到了经济上的限斯顿和史耐德发表了强聚焦原理的年建成一台 72 亿电子伏能量的弱 制。随着能量的提高，回旋加速器和论文，根据这个原理建造强聚焦加聚焦质子同步加速器，磁铁的总重 同步回旋加速器中使用的磁铁重量速器可使真空盒尺寸和磁铁的造价量为 % 万吨8 而布鲁克海文国家实 和造价急剧上升，提高能量实际上大大降低，使加速器有了向更高能验室 & 亿电子伏能量的强聚焦质 被限制在 %& 亿电子伏以下。同步加量发展的可能。这子 同 步 加 速 器 ， 磁 铁 总 重 量 只 有 速器的环形磁铁的造价虽然大大减是加速器发展史上6&&& 吨。这说明了强聚焦原理的重 少，但因横向聚焦力较差，真空盒尺的又一次革命，影大实际意义。 寸必须很大，造成磁铁的磁极间隙响巨大。此后，在环%454 年，欧洲核子研究中心在 大，依然需要很重的磁铁，要想用它形 或 直 线 加 速 器日内瓦建成一台 26& 亿电子伏的强 把质子加速到 %&& 亿电子伏以上仍中，普遍采用了强聚焦同步加速器，它每 秒钟产生 然不现实。聚焦原理。一个巨大的粒子脉冲，该加速器的纯粹粒子物理学，还广泛应用于其他工业领域，带来的成果已融入人们的 生活之中，包括癌症治疗、医学和工业 成像、辐射处理、电子、控制、机械工 程、低温、数据库、电源、电器工程、信 息技术、真空技术、测量仪器、新的加 工工艺和新材料等。例如，加速器技术在工业部门用 于改进加工产品的质量，为医疗设备 和食品进行消毒，为计算机工业制造 半导体器件，改进飞机发动机，研究汽 车发动机如何磨损，在机场和码头探 测违禁品，在地下隧道施工中用于勘离子束注入技术就是把一种材料的离子注入到另一种材料的表面。该技 术用来将飞机发动机高速轴承上镀上 一层铬以免腐蚀，在制作医用人造关节 时，将一种生物兼容的材料涂在关节 上，使其更能被身体接受和更耐磨。层活化技术就是将来自加速器的 粒子打在被加工的部件上，使部件表 面很薄的一层具有放射性，由于放射 量取决于所需层的厚度，所以当层磨 损后层厚即可测量出来，精度可达百 万分之一毫米。该技术可用于许多加 工机械部件的工业测量，特别是用于 测量汽车发动机内壁的磨损情况。利用加速器产生的粒子束流进行 扫描成像，能够显示通过机场和码头车 辆或集装箱内部的物品，也可用于对飞 机乘客进行行李检查。氮是毒品或炸药 中常见的元素。利用离子束扫描所探物 体，离子束与物质相互作用，然后对所 获得各类元素中氮的浓度进行分析，可 确认任何隐藏的毒品或炸药。高能粒子加速器和对撞机上采用 的使高能粒子弯转的技术必须满足最 严格的几何条件，这项技术现已用于 地下隧道工程的高精度测量仪器中。4! 所大学和研究所的 44# 名物理学家。56-7 实验56-7 探测器是一个大型多用 途的粒子物理探测器，通过测量正 负电子在探测器中心发生对撞后的 结果，研究粒子的特性及其相互作用。56-7 研究人员由来自加拿大、 察，制造医用人造关节等。德国、匈牙利、意大利、以色列、日本、英国和美国 8" 个研究所的约8# 名物理学家组成，负责 56-7 探测器的设计、建造、运行以及数据 分析。电子束辐照技术就是将具有一定能量的电子溅射在某个物体上，可使 分子键断开或产生新的分子键。该方 法可用于医用消毒，杀灭细菌，或用于 改善某些产品的质量。例如对医用橡 胶手套进行辐照，产生新的分子键使 手套更结实；也用来使饮料瓶、礼品盒 和光滑包装上的墨和漆速干。利用同步辐射产生的 3 射线在硅 片上制作微小的集成电路，这种方法 称为光刻技术，通过精确定位可达很 高的精度。3 射线光刻还可用来加工主要成就在过去几年，欧洲核子研究中 心的大型正负电子对撞机实验完全 验证了粒子物理学标准模型的正确 性，而且是以非常高的精度确认了直径占三条街，绕行一圈是 !"# 米。 加速器的能量发 展 到 如 此 水 平 ， 从实验的角度暴露 出了新的问题。使 用加速器作高能物理实验，一般是用加速的粒子轰击 静止靶中的核子，然后研究所产生 的次级粒子的动量、方向、电荷、数 量等，加速粒子能参加高能反应的 实际有用能量受到限制。如果采取两束加速粒子对撞的方式，可以使加速的粒子能量充分地用于高能反 应或新粒子的产生。$%!# 年 意 大 利 科 学 家 陶 歇 克 首次提出了对撞机的原理，并在意 大利的 &()*(+, 国家实验室建成了 直径约 $ 米的 -.- 对撞机，验证了 原理，从此开辟了加速器发展的新 纪元。自世界上建造第一台加速器以 来，/# 多年中加速器的能量大致提 高了 % 个数量级，同时每单位能量的造价降低了约 " 个数量级，如此惊人的发展速度在所有的科学领域 都是少见的。随着加速器能量的不断提高，人类对微观物质世界的 认识逐步深 入，粒子物 理研究取得 了巨大的成 就。0 文 1 景心 2到 !" #$ 。标准模型预测了 %值为 .#" /, - !" !* 亿电子伏能量”）是什么，它绝对是在标准模型之外。很多证据表明，在大爆炸后很短暂的+"电磁过程，这个参数的值必须一 样 。如 果 标 准 模 型 是 错 误 的，那么不同的过程就会对应 不 同 的 混 合 角 。观 测 结 果 显 示，在 #$ 的精度范围内，所有模 型 中 相 互 有 关 联 的 量 值 进行了测量。除了希格斯玻色子 的质量以外，预测这些量所需 的一切参数都已测出。所以科 学 家 们 可 以 从 现 有 的 数 据 往大爆炸，那么它就应该有等量的物质和反物角。质量才能给出最适合的那 *!是质子、中子和电子，而不是它们的反粒子标 准 模 型 中 的 粒 子 分 成 三 个 “世#!"微 子 种 类 的 数 目 减 少 到否真的找到了希格斯粒子。从世代本身似乎就已经是个完整的理论。但标着 轻 子 和 夸 克 只 能 有 三 个 家族。经过改进加速器、实验方 法、理论计算和数据分析，以希格斯质量应该在 #1! 亿至*! 亿电子伏特之间。2 文 3 宝山 4标准模型的所有预言，有些实很 高 的 精 度 测 量 出 电 弱 作 用验 与 理 论 之 间 的 误 差 甚 至 不的关键参数 & 粒子的质量，其粒子物理玻色子、& 玻色子、胶子和两种特。十大未解之谜重夸克 （魅夸克和顶夸克）的通 过 测 量 和 分 析 & 衰 变存 在 。这 些 粒 子 后 来 都 找 到为中微子，再衰变为带电轻子#" 现今所有的理论都似乎暗示着宇宙 了，性质也与预测完全吻合。以及夸克等过程，其结果与标中存在一种巨大能量，即使是在空无一物的 另 一 个 重 大 的 验 证 是 混准模型的预言也完全一致。测区域中也是如此。这种所谓的“真空能量”的合角 ()*!，它可以度量电磁 量是如此精确，甚至能测量到 引力效应，要么在很久以前就迅速地把宇宙 作 用 力 的 强 度 比 弱 作 用 力 强 大 型 正 负 电 子 对 撞 机 还 未 直 卷起，要么就是让宇宙膨胀得远比现在更 多少。这个混合角也以很高精 接 测 量 到 的 更 重 的 粒 子 对 衰 大。标准模型不能帮助我们解释这个称为 度 （!" *+#, - !" !*）被确定， 变过程的影响。例如顶夸克的 “宇宙常数问题”的谜。并 且 它 已 成 为 粒 子 物 理 的 关质量，在它还未被精确测量到*" 长久以来，人们都认为宇宙的膨胀速键参数。之前，其质量已被这种方法所度正在放慢，因为宇宙中的所有物质都因为万这 个 参 数 描 述 弱 相 互 作预言。有引力而相互吸引。但现在我们知道宇宙正用 和 电 磁 相 互 作 用 混 合 的 程在 大 型 正 负 电 子 对 撞 机在加速膨胀，而无论引发加速的东西（称为“暗度。对于所有弱电相互作用和中进行的实验对约 *! 个标准时间内，宇宙经历了一个被称为暴胀的急速 膨胀阶段。引起暴胀的场不可能从属于标准 模型。0" 如果宇宙是起源于一团巨大能量的这 些 过 程 都 有 相 同 的 混 合回推，求出究竟多大的希格斯质（56 对称）。然而星球和星云的组成物质都其三，从 #./. 年到 *!个量。结果是，希格斯质量要（也就是它们的反物质）。标准模型无法解释年，大型正负电子对撞机共监小于 *! 亿电子伏特 （质子这种物质的不对称性。测 到 了 约 *! 万 个 & 玻 色质量约为 . 亿电子伏特，顶夸1" 约有 # 3 0 的宇宙是不可见的冷暗物子。基本上，每一个 & 玻色子克 质 量 约 为 #,0! 亿 电 子 伏质，它们不属于标准模型中的粒子。衰 变 的 方 式 与 标 准 模 型 的 预特）。这样的结果是希格斯场7" 在标准模型中，粒子的质量来自希格测相符，包括每一种衰变的数存在的一个有力证据，否则无斯场（与希格斯玻色子相关）的相互作用。标准目 以 及 出 射 粒 子 的 能 量 与 方法解释为什么这 *! 个量居然模型无法解释希格斯相互作用的特殊形式。 向等细节。以上这些只不过是 能 和 特 定 的 希 格 斯 质 量 配 合," 计算显示，对标准模型的量子修正会 众 多 确 证 标 准 模 型 的 实 验 的 得恰到好处。让希格斯玻色子带有很大的质量，进而让所有 一部分。但 是 大 型 正 负 电 子 对 撞粒子的质量都变得很大。标准模型无法避免这 大 型 正 负 电 子 对 撞 机 以机只能寻找质量低于 #1! 亿个结果，所以导致一个严重的观念问题。很 高 的 精 度 测 定 了 弱 作 用 中 电子伏特的粒子。在 *! 年/" 标准模型无法涵盖万有引力，因为引 性场量子 & 和带电场量子 % 年初，研究人员在少数事例中力的结构与其他三种作用力不同。 的性质。通过观测在碰撞实验发现了希格斯粒子的迹象，不." 标准模型无法解释夸克和轻子 （例如 中 & 是如何产生的，可以把中过数据还不够多，无法确认是电子和中微子）的质量。*" .0 - !" !#*，这个结果意味这个结果与先前的理论推测，代”。日常世界完全由第一世代所组成，这个 准模型却还有另外两个世代，我们无法解释何以会如此。