1
00:00:07,319 --> 00:00:10,759
宇宙中有 85% 的物质神秘莫测。

2
00:00:10,759 --> 00:00:14,889
我们不知道它们是什么，
所以我们称它们为“暗物质”。

3
00:00:14,889 --> 00:00:16,258
但是我们知道它们的存在，


4
00:00:16,258 --> 00:00:22,289
因为我们可观测它们作用在
众多星系与天体间的引力。

5
00:00:22,289 --> 00:00:24,848
虽然我们还无法直接观测暗物质，

6
00:00:24,848 --> 00:00:28,330
但是科学家推测，
人类也许可以用世上最强大的

7
00:00:28,330 --> 00:00:31,899
粒子对撞机来创造暗物质。

8
00:00:31,899 --> 00:00:36,564
那就是位于瑞士日内瓦，
长达 27 公里

9
00:00:36,564 --> 00:00:38,520
的大型强子对撞机，简称 LHC。

10
00:00:38,520 --> 00:00:39,810
那么它的工作原理是什么呢？

11
00:00:39,810 --> 00:00:44,169
在 LHC 里，两个质子向反方向运动，

12
00:00:44,169 --> 00:00:47,320
并被加速至接近光速。

13
00:00:47,320 --> 00:00:52,393
在四个撞击点上， 质子束相交，
质子相互碰撞。

14
00:00:52,393 --> 00:00:56,692
质子是由更小的夸克和胶子组成的。

15
00:00:56,692 --> 00:01:01,001
在一般情况下，两个质子穿过彼此

16
00:01:01,001 --> 00:01:03,543
不会产生重大影响。

17
00:01:03,543 --> 00:01:06,273
但有一百万分之一的概率，

18
00:01:06,273 --> 00:01:08,712
两个质子的强烈碰撞，

19
00:01:08,712 --> 00:01:11,911
会释放出爆炸级的碰撞能量，

20
00:01:11,911 --> 00:01:14,434
生成上千个新的粒子。

21
00:01:14,434 --> 00:01:17,413
理论上只有在这种碰撞中才会生成

22
00:01:17,413 --> 00:01:21,323
像暗物质那样的超大粒子。

23
00:01:21,323 --> 00:01:23,993
碰撞点的四周都有探测器，

24
00:01:23,993 --> 00:01:27,175
里面有约 1 亿个感应器，

25
00:01:27,175 --> 00:01:29,295
就像一个大型的 3D 照相机，

26
00:01:29,295 --> 00:01:31,665
可以收集那些新粒子的信息，

27
00:01:31,665 --> 00:01:33,073
包括它们的轨道，

28
00:01:33,073 --> 00:01:34,460
电荷，

29
00:01:34,460 --> 00:01:36,153
和能量。

30
00:01:36,153 --> 00:01:40,066
在处理完这些信息后，
电脑可以形成撞击图像。

31
00:01:40,486 --> 00:01:42,945
每条线都是不同粒子的轨迹，

32
00:01:42,945 --> 00:01:46,155
不同种类的粒子会标为不同的颜色。

33
00:01:46,155 --> 00:01:49,185
探测仪记录的数据可以
让科学家们判断

34
00:01:49,185 --> 00:01:51,186
这些粒子的种类，

35
00:01:51,186 --> 00:01:53,936
比如是光子还是电子。

36
00:01:53,936 --> 00:01:58,496
探测器每秒对撞击进行
大约十亿次的拍摄，

37
00:01:58,496 --> 00:02:02,416
以寻找极其稀有的超大粒子的踪迹。

38
00:02:02,416 --> 00:02:03,745
更加困难的是，

39
00:02:03,745 --> 00:02:06,696
我们寻找的粒子很可能极不稳定，

40
00:02:06,696 --> 00:02:11,207
以至于在到达探测器前
就衰变为常见的粒子。

41
00:02:11,817 --> 00:02:14,118
以希格斯玻色子为例，

42
00:02:14,118 --> 00:02:18,578
这个长期存在于理论上的粒子
直到 2012 年才被观测到。

43
00:02:19,118 --> 00:02:24,658
在一次特定碰撞中产生希格斯玻色子
的几率仅为百亿分之一。

44
00:02:24,658 --> 00:02:26,648
并且只存在了短短的一瞬，

45
00:02:26,648 --> 00:02:28,879
就发了生衰变。

46
00:02:29,539 --> 00:02:33,638
但科学家们研制出了理论模型
来确定寻找的对象。

47
00:02:33,638 --> 00:02:38,109
科学家一开始认为希格斯玻色子
会衰变为两个光子。

48
00:02:38,109 --> 00:02:40,029
所以他们起初只检测，

49
00:02:40,029 --> 00:02:43,568
包含两个光子的高能量事件。

50
00:02:43,568 --> 00:02:45,440
但有个问题。

51
00:02:45,440 --> 00:02:47,720
有无数种粒子的相互作用

52
00:02:47,720 --> 00:02:50,180
可以产生两个随机的光子。

53
00:02:50,180 --> 00:02:53,199
那么应该如何将希格斯玻色子
与其他物质进行区分？

54
00:02:53,639 --> 00:02:55,880
答案就是质量。

55
00:02:55,880 --> 00:03:00,931
探测器收集的数据让科学家
能够退一步思考，

56
00:03:00,931 --> 00:03:05,182
并检查产生两个光子的物质的质量。

57
00:03:05,672 --> 00:03:07,791
他们用这些数据制图，

58
00:03:07,791 --> 00:03:12,260
然后重复产生两个光子的过程。

59
00:03:12,260 --> 00:03:16,481
大多数情况下只能观察到
随机产生的光子，

60
00:03:16,481 --> 00:03:19,682
科学家们称之为背景事件。

61
00:03:20,102 --> 00:03:24,032
但当希格斯玻色子产生并
衰变为两个光子的时候，

62
00:03:24,032 --> 00:03:27,152
这两个光子的质量通常都是相同的。

63
00:03:27,152 --> 00:03:29,722
因此，辨识希格斯玻色子
出现的最好迹象，

64
00:03:29,722 --> 00:03:33,673
就是背景图上的一个小小的隆起。

65
00:03:33,673 --> 00:03:37,363
这样的隆起需要经过
数亿次的观测方能出现，

66
00:03:37,363 --> 00:03:39,774
而且也只有当隆起部分
显著的高出背景图时，

67
00:03:39,774 --> 00:03:43,523
这个结果才有意义。

68
00:03:44,113 --> 00:03:46,094
在希格斯玻色子的例子中，

69
00:03:46,094 --> 00:03:49,883
尽管要观测到背景图上的隆起，

70
00:03:49,883 --> 00:03:52,975
只有区区三百万分之一的几率，
可能仅仅是统计学上的巧合，

71
00:03:52,975 --> 00:03:56,335
LHC 的科学家们
还是得出了开创性的结论。

72
00:03:57,045 --> 00:03:58,875
那么回到暗物质上来。

73
00:03:58,875 --> 00:04:02,445
如果 LHC 的质子束有足够的
能量来制造暗物质，

74
00:04:02,445 --> 00:04:06,906
成功的几率将比希格斯玻色子还小。

75
00:04:06,906 --> 00:04:10,926
它将需要百万之四次方
的碰撞与理论模型相结合，

76
00:04:10,926 --> 00:04:13,045
方能初具雏形。

77
00:04:13,045 --> 00:04:16,117
而那正是 LHC 现在在做的事。

78
00:04:16,117 --> 00:04:17,886
通过生成堆积如山的数据，

79
00:04:17,886 --> 00:04:20,966
我们希望能在图像中找到更多的隆起，

80
00:04:20,966 --> 00:04:25,346
那些便是未知粒子，例如暗物质，
存在的最好证明。

81
00:04:25,816 --> 00:04:28,287
也许我们找到的未必是暗物质，

82
00:04:28,287 --> 00:04:29,475
而是其他的一些

83
00:04:29,475 --> 00:04:33,628
将会改变我们对整个宇宙
的看法的物质。

84
00:04:33,988 --> 00:04:35,999
那也是当前研究的乐趣之一。

85
00:04:35,999 --> 00:04:38,426
我们并不确定将会找到什么。