大型強子對撞機的科學家正在探測粒子物理學標準模型以外的新粒子，旨在揭示其局限性，促進技術進步。隨著希格斯玻色子粒子在2012年被發現，粒子物理學標準模型似乎已經完成。標準模型是物理學家目前對宇宙主要構件和四種主要作用力中三種作用力的最佳解釋。但標準模型仍有許多無法解釋的謎團。其中包括暗物質和暗能量。

由美國能源部（DOE）支持的物理學家正試圖弄清楚是否存在超越標準模型的粒子和力，如果存在，它們是什麼。

明尼蘇達大學雙子城分校的娜佳-斯特羅貝就是研究者之一。她在大型強子對撞機（LHC）上從事實驗工作，這是世界上同類產品中最大、最強大的粒子加速器。(大型強子對撞機是位於瑞士的一個17 英里長的環形管道。它將粒子加速到光速的99.9999991%。在某些點上，粒子束會發生碰撞，產生壯觀的新粒子噴射。科學家收集了機器每秒鐘發生的4000 萬次粒子碰撞的數據。這些數據讓科學家對我們的宇宙有了新的認識。他們正在探索的一些問題包括：為什麼會有物質，為什麼不同的粒子具有不同的品質。

明尼蘇達大學助理教授Nadja Strobbe 利用世界上最大的粒子加速器–大型強子對撞機的數據研究高能粒子物理學。資料來源：明尼蘇達大學，納賈-斯特羅貝

探索頂級夸克

明尼蘇達大學科學與工程學院物理學和天文學教授斯特羅貝正在尋找一種從未見過的粒子–“頂夸克”。這是一種理論上不符合目前粒子物理標準模型的粒子。目前的標準模型有17 種不同的粒子。其中一些粒子是物質的組成部分。其中包括構成質子和中子的夸克，以及包括電子在內的另一組稱為輕子的粒子。

標準模型也描述了攜帶四種主要作用力中三種作用力的粒子，這些作用力驅動著這些構件之間的相互作用。早在實驗物理學家發現這些粒子的證據之前，理論家們就已經預言了它們。標準模型就像填字遊戲–理論提供線索，讓物理學家”填補”空白。希格斯玻色子是最後一個被填補的空白。

超對稱及其他

超對稱是一種可能進一步擴展標準模型之外物理學的理論。它表明，標準模型中的每一種現有粒子都有一個”超級夥伴”粒子。標準模型中的現有粒子之一稱為頂夸克。史特羅貝正在研究的”頂夸克”就是理論上頂夸克的超級夥伴。發現頂夸克的實驗證據可以幫助科學家解決目前標準模型無法解釋的一些問題。

緊湊渺子螺線管（CMS）是大型強子對撞機（LHC）上的一個通用探測器。它有一個廣泛的物理學計劃，從研究標準模型（包括希格斯玻色子）到尋找可能構成暗物質的額外維度和粒子。資料來源：歐洲核子研究中心

大型強子對撞機在推動物理學發展中的作用

大型強子對撞機對斯特羅貝的工作至關重要，因為它有可能產生這些超對稱粒子。包括斯特羅貝在內的科學家正在利用大型強子對撞機碰撞質子，並努力產生這些理論上的粒子。她最近獲得了能源部科學辦公室的支持，以改善機器學習如何解釋來自大型強子對撞機的數據。

大型強子對撞機和斯特羅貝的工作正在幫助我們更好地理解宇宙的基本原理。它們也為未來的技術奠定了基礎。事實證明，科學家從改進粒子加速器技術中獲得的知識對於開發CT掃描和核磁共振成像等醫療技術至關重要。從物質的構成元素到我們用來拯救生命的技術，物理學家們正在尋找新的方法來擴展我們對周圍世界和其他世界的了解。

編譯來源：ScitechDaily