导语：2016年科学界将会发生哪些激动人心的大事呢？那些酝酿数载的重大变革会在这一年发生吗？从暗物质到大脚怪，这些谜题也许一一都会被揭开。
关键词：科学谜题，LHC， LUX， LIGO
从生命的起源到宇宙的命运，很多这样的问题科学家们真的无法给出答案。但他们也取得了不小的进展。2015年是科学界大丰收的一年：我们就气候问题达成了协议，成功拍摄到了矮行星的照片，观测到了火星上存在液态水的证据。
那么在2016年等着我们的将会是什么呢？有没有一些重大的科学谜题有可能在这一年得到解决呢？我们邀请三位专家就此作出了预测。
1. 寻找物理标准模型之外的粒子
2016年LHC将要掀起物理学革命吗？图片来源： CC BY-SA
大型强子对撞机（LHC）在2012年发现的希格斯玻色子已经完成了这个清单上的一项。2015年，LHC 在经过了几年的升级之后开始了第二次运行，这一次它的任务是通过强大的能量让质子撞击在一起（译注：然后观测碰撞后形成的各种产物），其撞击的能量几乎是上一次的两倍。这个月的第一次实验已经发现了一种新粒子的踪迹。
这很可能就是“超对称”的征兆，“超对称”理论提出标准模型（目前亚原子世界最好的理论模型）中的每种粒子都存在一种对应的超对称粒子，不过后者质量更大。超对称理论的重要性在于它很有可能解释很多物理学的基本难题，比如什么是“暗物质”，又或者物理学定律是如何恰当好处的让我们的世界得以形成的。不过，这个新粒子也有可能揭示了隐藏的额外维度，不过也可能又是一个希格斯玻色子，或者只是个空欢喜而已，因此不必太过激动。我们只有等2016年得到更多的数据来确认最终的答案了。
2. 我们可以创造更多的元素吗？
即将发生碰撞的钙离子和镅原子示意图。图片来源： Lawrence Livermore 国家实验室
自从1930年起，科学家们就通过碰撞粒子的方法来生成新原子，就这样人工合成了不少元素。我们现在知道元素周期表中有24个合成元素，原子序数最高排到了118号的未命名元素，随着最近117号元素的合成以及四种最新发现元素的官方确认，已知元素周期表原有的空缺被填补上了。
科学家们一直在尝试进一步扩展元素周期表，它们正设法合成120号以及更高的元素，不过刚刚宣称被发现的122号元素至今存疑。这方面的最新进展利用多中子钙－48同位素创造新元素，把它当作一颗“核子弹”去轰击其他的重原子核。以后也许会采用更重的原子作子弹，而不是用更重的靶原子，不过能否取得成功可能还要取决于升级后核子加速器的性能。科学家们期望合成出可存在于“稳定岛”的一组新重元素，它们并不会像大部分合成元素那样快速衰变掉。
3. 什么是“暗物质”？
LUX探测器：位于地下4850英尺，外部有70，000加仑的水箱防护盾。
暗物质是一种神秘的物质，它们似乎在宇宙中无处不在，并且丰度要比构成恒星、行星甚至我们自己的那些普通物质高出五倍以上。即使如此，到现在为止我们也只找到了暗物质存在的间接证据。这是通过对恒星和星系受到的引力作用的天文学观测得到的。在我们能够对暗物质进行更直接的观测之前，我们无法确定它们到底是什么，也无法知道如何才能把它归入粒子物理的标准模型。
这方面的专门实验，比如大型地下氙实验（LUX）正在进一步加强精确度，它的目的是直接探测到暗物质的候选者之一，即所谓的“弱相互作用大质量粒子”，由于它会跟地球上的普通物质发生相互作用，因此有可能会被探测到。2016年很可能就是我们真正在实验室里观测到这种神秘物质的那一年。
4. 火星（或者其他行星）上有生命吗？
Enceladus上会有生命存在吗？图片来源：NASA/JPL/Space Science Institute
在地球上，无论是大漠中央还是大洋深处的地热管道，哪里能找到水－哪里就有生命。因此在其他星球上应该也一样，水的存在意味着生命存在的可能性。最近对于火星的探索戏剧性地加深了我们对于这颗星球的认识：不仅发现了它有过汪洋大海的历史，不久之前，我们还发现了火星表面存在流动中的盐水。
不仅火星探索会继续进行，2016年Juno探测器将会进军木星，探测那里有多少水。另外一个最有可能找到生命的地方就是Enceladus了（土星的一颗卫星）。它虽然有着冰冷的地壳，但最近发现上面有喷射水蒸气的间歇泉，这使得它是太阳系中非常有可能孕育生命的星球之一（除了地球之外）。
5. 引力波存在吗？
LIGO干涉仪北边的“一条腿”。图片来源：wikimedia
正如麦克斯韦的电磁学方程组预测出了电磁波（比如光）的存在一样，爱因斯坦的广义相对论也预测了引力波的存在，引力波是时间和空间串起的巨大结构中的漪涟。但即使到了爱因斯坦理论的百年庆典（2015年）之时，我们还是没能观测到它们。这主要是因为它们实在太微弱了：激光干涉引力波观测仪（LIGO）要寻找的引力波所造成的偏移量（译注：对光线传播路径造成的偏移量）要比一个质子的大小除以四千米的距离(质子是与中子一起构成原子核的粒子)还要小一万倍。
与LHC一样，LIGO 探测器在经过重大升级以后于2015年重新上线，仅仅过了不到一周，新发现的传言就流传开了。目前还没有LIGO的正式回复，不过在2016我们有可能发现爱因斯坦又一次说中了。
6. 真的有大脚怪吗？
黑龙江豹，图片来源： CC BY-NC
技术的进步或许意味着我们终于可以更细致地搜索那些传说中的或者以前从未发现过的动物了。跟踪相机或者相机“陷阱”是能通过红外光束的被阻隔而远程被激活的微型摄像机，并且可以很长时间放置在指定地点，不需要人为干预。它们在野生动物研究中的应用越来越多，用来检测那些稀有或者难以捕捉到的动物，比如62年来首次被中国记录在案的黑龙江豹（东方金钱豹）。UAV(无人通讯载具)或者“无人机”同样也在越来越多的被用于野生生命研究中，它们可以从空中侦测那些难以接近的区域。例如，一项加拿大的研究发现熊现在已经把把鹅和鹅蛋当作它们的食物来源了，这很可能是北极圈气候变化的后果。这些UAV可以飞行到大脚怪（或其他神秘动物）可能的栖息地上空，也许摄像头会记录下来我们想要的东西。
作者: Gavin Hesketh 是英国皇家学会成员，伦敦大学粒子物理讲师；Louise Gentle 是诺丁汉特伦特大学，行为生态学高级讲师；Simon Cotton 是伯明翰大学，化学高级讲师。
（翻译：乔虹；审校：傅澜）
原文链接【科学美国人博客】：
https://theconversation.com/from-bosons-to-bigfoot-six-science-mysteries-that-might-be-solved-in-2016-51947
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