物理学家正在大型强子对撞机上深入研究标准模型之外的奥秘，寻求了解暗物质和能量。他们的研究在粒子物理学中至关重要，具有重大技术创新的潜力。
在大型强子对撞机工作的研究者们正在寻找标准模型之外的新粒子，目标是消除局限性并促进技术进步。
自从2012年希格斯玻色子发现以来，构建标准粒子模型似乎已完成了。标准模型是物理学家当下对宇宙的主要构建模块以及四种力中的三种提供的最优解释，但还有一些标准模型无法解释的谜团，包括暗物质和暗能量。美国能源部科学办公室(DOE)支持的物理学家正在尝试寻找是不是真的存在标准模型之外的力和粒子，以及它们到底是什么。
明尼苏达大学双城分校的Nadja Strobbe是其中一名研究者，她在全球同类里最强大的粒子加速器——大型强子对撞机（LHC）从事研究工作（科学家也在LHC发现了希格斯玻色子）。LHC是一个位于瑞士，总长17英里的环形长管，它能够将粒子加速到光速的99.9999991%。在特定的位置，粒子束会相互撞击并创造并喷发新的粒子。科学家从机器运行时每秒发生的4000万次粒子碰撞中收集数据，这一些数据为科学家提供了对宇宙的新见解。一些他们正在探索的问题是：为什么存在物质？为什么不同的粒子具有不一样的质量？
明尼苏达大学助理教授Nadja Strobbe使用世界上最大的粒子加速器大型强子对撞机的数据研究高能粒子物理学。图片来自：Nadja Strobe，明尼苏达大学
Strobbe是明尼苏达大学科学与工程学院的物理学和天文学教授，她正在寻找一种前所未见的粒子，称为“顶超对称性夸克”。这是一个理论构想的粒子，并不在当前的标准粒子模型的框架内。当前的标准模型有 17 种不同的粒子。其中一些粒子构建物质，这中间还包括构成质子和中子的夸克，以及包含电子的另一组粒子称为轻子。标准模型还描述了驱动这些构建块之间相互作用的四种主要力中的三种的粒子。早在实验物理学家发现这些粒子存在的证据之前，理论学家就已经对它们进行了预测。标准模型就像一个填字游戏——理论提供了线索，让物理学家能够“填补”空白。希格斯玻色子是最后一个填补了的空白。
超对称是一种可能能够进一步将物理学扩展到标准模型之外的理论。它表明标准模型中的每个现有粒子都有一个“超级伙伴”粒子。顶夸克是标准模型中现有的粒子之一，Strobbe正在研究的“顶超对称性夸克”是顶夸克理论上的“超级伙伴”。发现顶超对称性夸克的实验证据能够在一定程度上帮助科学家解决当前标准模型无法解释的问题。
紧凑型介子螺线管 (CMS) 是大型强子对撞机 (LHC) 的通用探测器。广泛的物理项目使用它进行研究，研究范围从研究标准模型（包括希格斯玻色子）到寻找可以构成暗物质的额外维度和粒子。图片来自：CERN
大型强子对撞机对于Strobbe的工作至关重要，因为它有可能产生超对称粒子。包括Strobbe在内的科学家正在使用大型强子对撞机来碰撞质子以产生这些只在理论上存在的粒子。她最近获得了美国能源部科学办公室的支持，以改进使用机器学习以解释大型强子对撞机数据的方式。
大型强子对撞机和Strobbe的工作正在让我们更好地了解宇宙的基础原理，并为未来的技术奠定了基础。事实上，科学家从改进粒子加速器技术中获得的知识对于开发CT扫描和MRI等医疗技术至关重要。从物质的组成模块到拯救生命的技术，物理学家不断在寻找新的方法来扩展我们对周围及外部世界的了解。
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