物理学的尖端领域，存在于粒子束中。粒子束在地下隧道中，以接近光速的速度绕圈运行，然后与另一束同样高速运行的粒子束迎头相撞。由此产生的碰撞会产生大量其他粒子，这些粒子在湮灭之前被探测器捕获。
这是大型强子对撞机 (LHC) 的常规操作。LHC 刚刚完成了自 2018 年以来的首次重启，其粒子束比以往任何时候都更加强大。LHC 位于欧洲核子研究组织 (CERN) 日内瓦附近，是世界上最大的粒子对撞机：一个巨大的机器，它将亚原子粒子碰撞在一起，让科学家们观察喷涌而出的量子碎屑的“喷泉”。
对于物理学实验来说，这似乎有些不必要的暴力，但物理学家们有充分的理由进行这种“破坏”。在这些碰撞中，物理学家可以层层剥开我们宇宙的面纱，了解宇宙在最小尺度上的运作机制。
机器背后的物理学家
LHC 名称中的“大型”绝非夸大之词：对撞机形成一个 17 英里长的磁环，完全位于地下，横跨日内瓦郊区，连接着法国和瑞士两国边境（CERN 总部所在地），穿过法国汝拉山脉东麓的阴影，然后再折返。
组装这样一个庞然大物耗费了时间。LHC 最初在 20 世纪 80 年代提出，并于 90 年代中期获得批准，耗费了十多年的时间才建成，于 2008 年首次启动粒子束。建设成本高达 47.5 亿美元，主要来自各国政府的资金。
LHC 消耗的电力足以供一个小城市使用。即使在其当前升级之前，LHC 的实验 每天都会产生 1PB 的数据，足以存储超过 10,000 部 4K 电影——而且这还是在 CERN 的计算机网络过滤掉多余数据之后。这些数据通过全球数千名科学家的计算机进行处理，尽管世界某些地区 的代表性不如其他地区。
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随着物理学家们寻求回答宇宙最基本的问题，时间和金钱以及人力仍在不断投入到对撞机中。
例如，是什么导致了质量的存在？帮助回答这个问题一直是 LHC 迄今为止最公开的成就之一。2012 年，LHC 科学家 宣布 发现了长期以来一直在寻找的希格斯玻色子。希格斯玻色子是由一个场产生的，当粒子与该场相互作用时，该场就会赋予粒子质量。
希格斯玻色子的发现是被称为 标准模型 的“墙”上的最后一块砖。它是现代粒子物理学的核心，一个描述大约十几种亚原子粒子以及它们如何完美地组合在一起形成我们所见宇宙的示意图。
但随着时间的推移，标准模型似乎越来越不足以回答基本问题。为什么宇宙中的物质比反物质多那么多？我们宇宙中 庞大的、看似看不见摸不着的构成部分 是什么？为什么引力存在？答案绝非简单。
答案可能以尚未发现的粒子的形式出现。但到目前为止，它们甚至连最强大的粒子对撞机都未能找到。“到目前为止，我们在 LHC 上还没有发现任何非标准模型的粒子，”加州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的粒子物理学家、LHC 合作者 Finn Rebassoo 说。
升级这个庞然大物
尽管 COVID-19 大流行扰乱了 LHC 的重新开放（它 原定 于 2020 年重新开放），但自 2018 年以来，LHC 的管理者们并未闲着。作为一系列技术升级的一部分，他们为对撞机的粒子束充能，将其能量提升了约 5%。
这可能看起来微不足道（而且与本十年晚些时候计划中的将碰撞次数增加的高亮度 LHC 升级 相比，确实相形见绌）。但科学家们表示，这仍然能带来改变。
“这意味着产生有趣物理现象的可能性增加了，”长岛布鲁克海文国家实验室的粒子物理学家、LHC 合作者 Elizabeth Brost 说。“举个我个人喜欢的例子，我们将获得 10% 更多的希格斯玻色子对事件。”
标准模型认为，希格斯玻色子对应该是一种极其罕见的现象——也许确实如此。但是，如果 LHC 确实大量产生希格斯玻色子对，这可能表明有什么尚未发现的机制在起作用。
Brost 说：“这是一种双赢的局面：要么我们很快就观察到希格斯玻色子对的产生，这意味着新的物理学；要么我们最终能用完整的 LHC 数据集来证实标准模型的预测。”
这些增强也提供了观察前所未有现象的机会。“每一次微小的进步都为发现新现象提供了更多潜力，”芝加哥郊区费米实验室的粒子物理学家、LHC 合作者 Bo Jayatilaka 说。
不久前，一个潜在的观察对象出现了——并非来自 CERN，而是来自费米实验室（芝加哥郊区）一个已关闭的旧加速器。研究人员在仔细分析旧数据时发现，负责引起原子内放射性衰变的 W 玻色子，其质量 似乎比 预期的要重。如果这是真的，它可能会颠覆标准模型。
当然，粒子物理学家们希望能确定这一点。他们已经计划在 CERN 重复 W 玻色子的测量，既利用过去实验收集的数据，也利用即将进行的实验的新数据。
要让 LHC 达到其新发现的全部容量可能还需要时间。“通常情况下，当 LHC 重新启动时，它是一个缓慢的重启过程，这意味着第一年的数据量不如后续年份那么多，”Rebassoo 说。即使是这些数据，对于参与对撞机工作的海量科学家来说，分析起来也需要时间。
但 Jayatilaka 推测，也许早在 2023 年，我们就能看到结果——利用对撞机新获得的能量提升。
