在思考粒子物理学未来的日程时，我发现遵循这样的思路是有用的：从广阔的科学题目到阐明这些题目的具体问题——精细的细节，然后再到设备和技术发展。这里举出主要的题目并对其作简短的讨论已经足够。

基元性

夸克和轻子是没有结构的，还是我们将会发现它们是具有内部结构的复合粒子？（这种内部结构可以帮助我们理解单个夸克和轻子的性质。）

对称性

粒子物理学的现代综合给我们上的最有力的一课是（定域）对称性规定了相互作用。我们对对称性的考察必然要提到究竟存在何种规范对称性（并且最终还要回答为什么会存在这种规范对称性）。我们学会了在自然定律中、而不一定非得在这些定律的后果中寻找对称性。因此，我们必须了解对称性是如何在我们生活的世界中隐藏起来的。粒子物理学中最紧迫的问题是通过在1TeV能量尺度上的探索，完善我们对电弱对称性破缺的理解。在最近的将来，这是在Tevatron对撞机和大型强子对撞机(LHC)上的实验要解决的问题。

统一

统一是一切物理学的中心，而且的确也是一切科学的中心，其意义是，我们要发展的对事物的前后一贯的说明，不是应用于单个孤立的现象，而是共同地应用到许多现象上。当前在粒子物理学中我们对统一的追求采取了好几种形式。

第一种是这样一个迷人的可能性：我们遇到的一切相互作用具有一个共同的起源，因此在适当高的能量下有共同的强度。第二个是要求量子修正必须遵守作为电弱理论基础的对称性，这促使我们把夸克和轻子一体对待，而不是将之作为完全独立的两类东西来处理。这两个想法都体现在强作用、弱作用和电磁作用的各种统一理论中，它意味着还有另外的的力存在，包括把夸克转变为轻子的相互作用，以完善统一理论的更大的规范群。

统一的第三个方面是这样一个想法：将粒子分为作用力粒子和物质组成粒子的传统区分，可能会让位给对全部粒子的统一理解。量子色动力学的胶子也带有色荷，在它们自身之间也相互作用，所以我们能够想象以胶球形式存在的没有夸克的强相互作用的物质。联系费米子和玻色子的超对称性提出了另一个对传递力的粒子和组成物质的粒子的区分的挑战。最后，我们希望把无处不在的“局外人”——引力和主导我们日常实验室实验的量子世界中的各种力也包容进来。

本体证认

我们还不理解确定夸克质量和混合的物理原理。虽然我们正在检验下面的想法：在观测到的CP破坏背后有夸克混合矩阵中的一个复相位在起作用，但是我们并不知道这个相位是什么决定的。关于中微子振荡的证据积累向我们展示了这些疑难在轻子方面的新体现。从根本上说，本体问题可非常简单地陈述为：是什么使一个电子为电子，使一个顶夸克为顶夸克？

地形学

日常经验告诉我们，空间–时间有3+1维。我们的感知可能是受到限制的吗？如果有额外的隐藏的时空维数，它们的大小尺寸和形状任何？弦论的部分见解是，卷起来的时空维的激发决定了粒子谱。我们近来认识到，根据我们能够建立的理论，普朗克尺度大小的紧致程度并不是必要的，而且在大到几乎可察觉的程度上，当前的实验和观测容许维度不受强、弱和电磁相互作用支配的可能性。整整一系列新实验将帮助我们以几年前没有预料到的途径揭示空间和时间的织构。

（本文摘选自由[英]Gordon Fraser编、秦克诚主译的《21世纪新物理学》一书中第四章Chris Quigg《粒子及其标准模型》部分，图片来源于网络。）

本文作者Chris Quigg是费米实验室的理论家，由于他的重夸克研究和他对超高能下粒子相互作用的深入见解而享誉国际。他在美国和欧洲担任过众多的访问兼职，并在多次国际暑期学校上给出过讲座。

从1974以来他一直是费米国家加速器实验室的成员，并在那儿担任实验室的理论部领导人长达十年。1987至1989年他在伯克莱(Berkeley)任超导超级对撞机（SSC）设计组副组长。

Quigg教授于1966年在耶鲁大学获科学学士学位，1970年在加利福尼亚大学伯克莱分校获博士学位。他是美国科学促进协会和物理学会会员。他曾被授给Alfred P. Sloan研究员职位。他著有一本著名的粒子物理学教科书。他编辑《原子核和粒子科学年度评论》（Annual Review of Nuclear and Particle Science）十年之久。

Quigg的理论研究总是强烈地受到实验结果和实验可能性的影响。他的研究兴趣覆盖了粒子物理学的许多方面，从强子结构到超高能中微子相互作用。他关于电弱对称性破缺和超高能对撞机物理学的工作突出强调了太电子伏特（1 TeV）能量尺度的重要性。近年来他将大量精力用于确定粒子物理学的未来和把我们带到这个未来的新的加速器。（张肇西译  刘寄星 秦克诚校）

本文与《粒子物理学的新工具》、《粒子物理学：改变观念》两篇文摘在科学出版社微信发布：

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