基础物理学的下一次大革命将如何开启？(2)

宇宙的所有维度中，从我们的邻居到星际介质，到单个星系，到星系团到细丝和巨大的宇宙网，我们观察到的一切似乎都是由正常物质而不是反物质组成的。这是一个未解之谜。

我们已经看到了超越目前已知科学极限的迹象。粒子物理学方面，许多实验产生了意想不到的结果，如果这些实验能经受住更大的考验，可能会带来革命性的变革。

Atomki anomaly（新的光矢量玻色子）是一组衰变的粒子展现出奇怪的、意想不到的行为模式，这可能是实验错误，亦或是标志着一个不属于标准模型的新粒子的出现。有争议的DAMA实验，以及最近的氙实验(XENON)结果也能代表新物理学，或者，在更平凡的情况下，能就现有物理学发表新见解。

与此同时，在太空中，阿尔法磁谱仪观测到了无法解释的过量的反物质，NASA的费米卫星观察来自银河中心过剩的伽玛射线，测量宇宙的不同技术产生了不同的膨胀速率等等。

一系列不同类型的小组试图测量宇宙的膨胀率以及对应的彩色编码结果。请注意，早期(前两项)和晚期(其他项)结果之间有很大的差异，每个晚期选项的误差线要大得多。唯一一个受到攻击的值是CCHP，经过重新分析，发现该值比69.8更接近72公里/秒/英里。

然而，这些结果仍不够强劲，因而不足以成为新物理学的标志；它们中的任何一个，或全部，也许仅是因为是统计波动或仪器校准不当造成的。其中的许多结果可以指向新物理学，但也可以为广义相对论和标准模型中已知的粒子和现象所轻易解释。

这些实验将和其他一些实验继续进行，探索已知异常并寻找其他异常，同时继续完善宇宙图景。但是在接下来的几十年里，新的实验和观测站也会上线，为我们敞开大门，获取新知，并以新的方式探索宇宙，释放所谓的“新发现的潜力”。以下是本人最感兴趣的部分：

哈勃望远镜(左上)和宽视场红外巡天望远镜（WFIRST）/南希·格蕾丝·罗曼（NancyGrace Roman）望远镜在相同深度、相同时间内观察区域的比较。罗曼的广视野能捕捉到比以往更多的遥远超新星，并在宇宙范围上对星系的深度和广度进行前所未有的探测。不管有何发现，罗曼望远镜都将带来一场科学革命，并为探测暗能量在宇宙时间内进化的方式提供最佳检测手段。如果暗能量的变化超过预期值的1%，就会被罗曼发现。

暗能量真的是常数吗？现在它似乎是不变的，但这仍有探索的余地。基于即将进行的大规模星系调查(由薇拉·鲁宾天文台主导)和遥远的超新星数据(由即将推出的南希·格蕾斯·罗曼望远镜提供，前身为WFIRST)，我们几乎能确定暗能量是否能随时间而控制在1%以内。如果是这样，我们需修改“标准”宇宙模型。

能直接探测到暗物质吗？氙实验的最新结果为我们所见过的粒子暗物质提供了最有力的候选证据，但下一代实验将对此进行测试。升级后的XENONnT实验以及LUX-ZEPLIN实验，要么会发现粒子暗物质，要么会消灭我们现有的最佳(也可以说是唯一的)候选粒子。

对粒子暗物质的探索开启能与原子核一起反冲的弱能粒子的寻找之旅。LZ合作(氙合作的当代竞争对手)将提供所有弱能粒子核子截面的最佳限制，但可能不如氙那样善于揭示低能候选粒子。

在最高能量下会发生什么？寻找中微子、切伦科夫辐射或其他高能信号的宇宙射线实验发现，粒子的能量是大型强子对撞机(LHC)的数百万倍。如果有新高能物理学，这将是我们最好的探测器。

第一批恒星是什么时候真正形成的？哈勃从根本上受到其聚光能力(即大小)、视野和波长范围的限制。NASA即将推出的詹姆斯·韦伯太空望远镜，以及即将推出的新一代地面30米级望远镜，可以前所未有地探测到最早、最遥远的恒星和星系，以更好理解早期结构形成。

有没有违反标准模型的粒子物理迹象？也许吧。我们正努力更好地测量电子和μ子的磁矩；如果电子和μ子相斥，就有新的物理学诞生。我们正努力揭示中微子振荡的方式；其中也可能出现新的物理学。如果我们建造一个精确的正负电子对撞机，无论是环形还是线形，都可能会发现超出标准模型的LHC无法找到的线索。

文章来源：《中国医学物理学杂志》 网址: http://www.zgyxwlxzz.cn/zonghexinwen/2021/0623/587.html