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如果粒子物理学家们是正确的，而且希格斯机制确实在宇宙中运行，那么大型强子对撞机将会揭露出一些泄露宇宙秘密的迹象。在它最简单的成就中，这种迹象是一个粒子——即著名的希格斯玻色子。在更详尽的、希格斯机制参与其中的物理理论中，希格斯玻色子也许会伴随着其他具有相似质量的粒子出现，也有可能完全被其他粒子替代。
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希格斯机制
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物理学家彼得·希格斯和其他几位物理学家共同发现的一种物理机制。这一机制解释了基本粒子获得非零质量的原因。
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除了希格斯机制如何生效之外，我们还希望大型强子对撞机能找到一些有趣的事物。它也许会是希格斯玻色子，也可能是某个更奇异理论的证据，比如“技术色”（technicolor，我们将在稍后讨论它）。或者，它还可能是一些完全无法预料到的事物。如果一切都按计划进行，那么大型强子对撞机上的实验将要辨明，到底是什么让希格斯机制生效的。不管它找到了什么，这个发现都将告诉我们一些有关粒子如何获得其质量的一些有趣的事情。
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粒子物理学标准模型漂亮地运行着，它描述了物质最基本的元素及其相互作用，其预言在很高的精度上被反复验证。希格斯粒子是标准模型中最后一个尚未找到的部分 。[31] 我们现在假定粒子拥有质量。然而当理解了希格斯机制时，我们也会明白质量是如何产生的。我们将在第16章中进一步探讨的希格斯机制，对更令人满意地理解质量而言是很重要的。
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粒子物理学中还有另外一个更大的谜题，大型强子对撞机也许有助于解开它。大型强子对撞机上的实验有可能阐明被称为粒子物理学“等级问题”的答案。希格斯机制专注于为什么基本粒子具有质量的问题，而等级问题关心为什么它们具有的质量是现在这个数值。
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粒子物理学家们不仅相信质量的出现是因为弥漫在宇宙中的“希格斯场”，还相信我们知道在粒子从零质量变为非零质量的过程中出现的能量。这是因为，希格斯机制以某种可预测的方式赋予某些粒子质量，而这种方式只取决于弱相互作用力的强度以及质量转变过程中出现的能量。
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奇怪的是，从根本理论的视角来看，这种能量转变并不真的合理。如果你把量子力学与狭义相对论的结论放在一起，那么你确实能计算出对粒子质量的贡献，但是理论值远远高出实测值。建立在量子力学与狭义相对论基础上的计算告诉我们，如果没有进一步的理论，那么质量远比现在的实测值要大——事实上，要大出1016 倍。只在某些物理学家所谓“精细调节”的一派胡言中，这两个理论才不矛盾。
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粒子物理学的等级问题是对物质的基本描述提出的最大挑战。我们想要知道，物质为什么表现得与我们的预期大不相同。出于量子力学的计算让我们相信，它们应该比决定其质量的弱能标要大很多。我们在表面上最简单的标准模型版本中，对弱能标理解的无能为力是通往完整理论的一块绊脚石。
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可能的情况是，一个更有趣、更精妙的理论包含了这个最简单的模型——于物理学家而言，比起“精细调节”过的理论，这将是一个更加引人入胜的理论。尽管已经有了一系列雄心勃勃的问题追问到底哪个理论解决了等级问题，大型强子对撞机还是很有可能充分地理解它。量子力学与相对论不仅支配了对质量的贡献，还支配了新现象一定会在其上出现的能标。这个能标正是大型强子对撞机将要探测的。
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我们预期，在大型强子对撞机上将要出现一个更有趣的理论。当新的粒子、力或者对称性出场时，有关质量之谜的理论也将呈现出来，这是我们希望大型强子对撞机实验揭开的最大秘密之一。
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这个答案本身非常有趣，然而它也有可能是洞察自然其他方面本质的一把钥匙。对这个问题最有启发性的两个答案包含了时空对称性的推广，或者对空间概念本身的修正。
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本书第17章将进一步告诉我们，空间有可能包含比我们熟知的上-下、左-右、前-后这三个维度更多的维度。特别是，它可能包含完全看不到的维度，而这些维度是理解粒子性质与质量的关键。如果情况确实是那样，那么大型强子对撞机就将以某种形式的粒子为这些维度提供证据，这些粒子被称为卡鲁扎-克莱因（Kaluza-Klein, KK）粒子，它们在高维时空中穿梭。
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不管到底是哪个理论最终解决了等级问题，它都将在弱能标下提供实验可观测的证据。一系列理论逻辑将把在大型强子对撞机上找到的东西与最终解决这些问题的事物联系在一起。它可能是我们预料到的某些东西，也可能不是，但不管怎样，它都将非常精彩。
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探秘暗物质
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除了那些粒子物理学问题之外，大型强子对撞机还有助于阐明宇宙中暗物质的本质。暗物质是参与引力作用，但既不吸收光也不发射光的物质。我们看到的每一件事物——地球、你正坐着的椅子或者是你的长尾小鹦鹉宠物，都是由与光相互作用的标准模型中的粒子构成的。
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我们已经理解的可见的、与光互动的物质以及它们的相互作用，只包含宇宙中占总量4%的能量密度。大约23%的能量由某种叫作“暗物质”的东西携带，它的存在还没有被确认。
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暗物质的确是一种物质。也就是说，它在引力的作用下聚集成团，从而（与正常的物质一起）形成某些结构体，例如星系。然而，与我们熟悉的物质（比如构成我们人类、构成天上星星的物质）不同的是，它既不发射光也不吸收光。因为我们通常通过被发射或者吸收的光来看到事物，所以暗物质不容易被“看到”。
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暗物质
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暗物质是参与引力作用，但既不吸收光也不发射光的物质。它能够穿越电磁波和引力场，是宇宙的重要组成部分。
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事实上，“暗物质”这名字并不恰当——所谓的“暗物质”并不真正是暗的。“暗的”物质吸收光线，当光线被吸收时，我们可以真正看到“暗的”物质。从另一方面来讲，暗物质不以任何可观测的方式与光相互作用。从技术角度说，“暗”物质实际上是透明的。不过我将继续使用人们已经习惯的称谓来描述这种奇异的物质。
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我们通过引力效应得知了暗物质的存在 。但是，如果不能直接看到它，那么我们就不会知道它的性质。它是由大量微小的全同粒子（identical particle）构成的吗？如果是，这些粒子的质量几何？如何进行相互作用？
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也许我们很快就会对暗物质了解更多。引人注目的是，大型强子对撞机也许处在了正确的能标上，它可以产生可能是暗物质的粒子。暗物质的关键准则在于，宇宙应该正好包含了精确数量的暗物质，以形成我们现在所观测到的引力效应。换言之，“残留密度”（relic density），即宇宙模型中预言的、存留到今日的能量储存数值必须与测定值相符。而惊人的事实是，如果你有一个稳定的粒子，其质量符合大型强子对撞机将要探索的弱能标（根据E=mc2 ），其相互作用也涉及那个能标下的粒子，那么它的残留密度应该处于可能成为暗物质的大致范围之内。
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因此，大型强子对撞机不但可以给我们提供一些有关粒子物理学问题的洞见，还可以给我们提供一些今日的宇宙中有什么、一切是如何开始的线索。这些已经成为宇宙科学一部分的问题可以告诉我们宇宙是如何演化的。