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希格斯玻色子只是大型强子对撞机所能发现物质的冰山一隅。希格斯玻色子与其他发现一样有趣，它并非大型强子对撞机实验的唯一搜寻目标。可能研究弱尺度最主要的原因是没有人认为希格斯玻色子是遗留的唯一问题。物理学家期望希格斯玻色子只是一个有着更多内涵的模型中的一个元素，而该模型可能告诉我们关于物质乃至时空本身更多的性质。
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等级问题
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为什么决定基本粒子质量的弱能量标度比与引力相关的普朗克能标小16个数量级？这就是粒子物理学的等级问题。
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因为只存在希格斯玻色子而没有其他新元素导致了另一个巨大的谜团，即所谓的等级问题。等级问题关心的是，为什么粒子的质量（特别是希格斯粒子的质量）是其实际所具有的那个数值。决定基本粒子质量的弱能量标度是另一个质量标度——决定引力强度的普朗克质量的一亿亿分之一（见图16-4）。
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图16-4 粒子物理学等级问题：弱能量标度比与引力相关的普朗克能标小16个数量级。普朗克长度相应地比大型强子对撞机可以探测的尺度小得多。
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普朗克质量与弱作用的质量标度相差如此巨大，这是引力如此微弱的原因。引力相互作用依赖于普朗克质量的倒数。如果普朗克质量如我们所知的那样巨大，引力必然极其微弱。
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事实上，引力是迄今为止人们所知道的最弱的相互作用力。引力之所以看起来没有那么微弱，是因为整个地球的质量都在吸引着你。如果你换位思考，两个电子之间的引力，你会发现它们之间的电磁力比引力大了43个数量级。也就是说，电磁力的大小胜过引力一千亿亿亿亿亿倍。引力对于基本粒子的效应完全可以忽略不计。等级问题考虑的是：为什么引力比其他我们所知的基本相互作用力微弱了如此之多 ？
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粒子物理学家不喜欢解释大数字，比如普朗克质量与弱作用质量之比。但是该问题比仅从审美的角度反对神秘的大数字来得严重。根据量子场论（将量子力学与狭义相对论结合起来的理论），这里不应该有任何差别。解决等级问题的紧迫性至少对所有理论物理学家来说都是心照不宣的。而量子场论却表明弱质量与普朗克质量应该相差无几。
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在量子场论中，普朗克能标具有重要意义。不仅因为在该能标上引力变得极强，而且因为在此能标上引力与量子力学都是至关重要的，而我们已知的物理定律都失效了。然而，在低能标时，我们知道如何使用量子场论进行粒子物理学计算，而量子场论也做了很多成功的预测，让物理学家们相信它是正确的。实际上，所有科学领域中测量值与预言值符合得最好的结果，也是来自量子场论。这样的一致性绝非出于偶然。
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然而，当我们将相同原理应用于结合量子力学的虚粒子贡献，给出希格斯质量时，结果却是出人意料地混乱。理论中任何粒子的虚效应看似可以给出希格斯粒子一个与普朗克质量相当的质量。中介粒子可以是质量很大的粒子，例如具有GUT能标质量的粒子（见图16-5左图）；或者是普通的标准模型粒子，例如顶夸克（见图16-5右图）。任何一种方式的虚效应修正都可以使希格斯玻色子质量非常巨大。这里的问题是：中间交换的虚粒子允许具有的能量可以和普朗克质量一样巨大。如果这个说法正确的话，希格斯质量也可以同样极其巨大。在这种情形下，弱相互作用所伴随的对称性自发破缺的能标也将是普朗克能标，也即比现在实验能达到的能标高16个数量级（一亿亿倍）。
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等级问题对只含一个希格斯玻色子的标准模型来说是极其重要的问题。从技术上来讲，这里面的确存在一个漏洞。在没有虚效应时希格斯质量可以极其巨大，其数值刚好与由于虚效应带来的贡献相抵消，从而得到我们所需要的能量水平上的精确值。这里的问题在于：虽然原则上可能，这将意味着有16个数位的数字必须严格相消[69] ——那将是多么大的一种偶然啊。
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图16-5 重粒子对希格斯玻色子质量的量子修正。例如大统一理论（GUT）尺度下的某个重粒子与它的反粒子（左图），以及一个虚的顶夸克与它的反粒子（右图）。
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因此物理学家都不相信这种胡言乱语或者精细调节。我们认为不同质量标度之间差别的等级问题，暗示了一个更大更好的基本理论。看起来没有一个简单的模型可以完全给出该问题的答案。唯一有希望的方案是将标准模型扩展，使其包含一些显著的性质。在落实希格斯机制的情况下，等级问题的解决是大型强子对撞机主要的搜索目标，也是接下来一章的主题。
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叩响天堂之门：宇宙探索的历程 [:1700950073]
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叩响天堂之门：宇宙探索的历程
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2010年1月，各路英雄齐聚于南加州的一个会议，商讨大型强子对撞机纪元中暗物质的搜寻事宜与粒子物理学的新进展。会议的组织者、紧凑μ子线圈实验的成员之一、加州理工学院物理系教授——玛利亚·斯皮罗普鲁（Maria Spiropulu）邀请我做开场报告，并介绍大型强子对撞机的主要任务与近期将要研究的物理目标纲要。
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玛利亚希望开一个互动性较强的会议，因此她建议我们三个开场报告的报告人来一次“决斗”（duel），假设“决斗”这个词可以用于三个人而不至于使人困惑的话。而受邀的听众则形成了更大的挑战，因为他们的人员组成从相同领域的专家到加州对技术领域感兴趣的观察家。玛利亚让我深刻挖掘、仔细寻找并且忽略当前理论与实验的一些特征。而其中一位与会者——丹尼·希利斯（Danny Hillis），他是Applied Minds公司一位优秀的非物理学人士，他建议我把一切讲得尽可能地基础，让非专业人士也可以理解。
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在面对如此多的矛盾、分歧以及众口难调的意见时，我做了一件任何很多人都会做的事情——拖延。我在网上搜索的内容构成了我的第一张幻灯片（见图17-1），结果这个关于“小错误与一切”（typo and all）的主题成为丹尼斯·奥弗拜（Dennis Overbye）发表在《纽约时报》上文章的主题。
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