大型强子对撞机北京时间今天下午4时~5时启动,可能运转20年甚至更久
当地时间10日上午9点到10点之间(北京时间10日下午4时到5时之间),大型强子对撞机(LHC)的项目总指挥林·伊万斯将宣布激动人心一刻的到来———万众瞩目的LHC正式启动。 | 工作人员在“紧致μ子螺线管(cms)”旁,紧致μ子螺线管将放在大型强子对撞机下。 图片来源:新华网 |
耗资50多亿美元的LHC一旦开动,将一直运转20余年甚至更久。运转期间,欧洲核子研究中心(CERN)的物理学家们最有可能发现的,是被称为物理学界“圣杯”的希格斯粒子,它被看作是现代粒子物理理论“标准模型”的基石,存在于理论当中。
如果找到它,“标准模型”提出的62种构成宇宙的基本粒子就都被发现,该理论搭建的“大厦”就完美封顶;但如果一直找不到它,“标准模型”理论就会遇到巨大的麻烦,甚至如果有其他矛盾的新发现,这种“大厦”就有轰塌的危险。
其实,LHC就像是显微镜,让我们看到比现在能看到的更微观的物理世界,就像显微镜让人看到更微观的生物世界一样。
“大型强子对撞机”并非浪得虚名,从规模上看,它确实是地球上任何机器都不能比拟的。
不断膨胀 横跨两国
它是一台空前复杂的机器。它的前身只位于瑞士境内的日内瓦郊区,但半个世纪以来不断地膨胀,上世纪60年代科学家提出超级质子回旋加速器(即SPS,现只是作为LHC的最后一个预加速器)的概念时,小城日内瓦已经没有地方能容下它。经过瑞士和法国两国协商,CERN跨过国境线,将它的大半个身子伸到了法国。
LHC是一个环形机器,长27公里,轨道是1000多根外壳涂成蓝色(或灰色)的超导磁铁连接而成,磁铁的任务不是加速,而是用强大的磁场让质子沿着环形轨道飞跑,LHC的超导主磁铁将在绝对零度以上1.9℃,比外太空更冷的条件下运行。为了冷却磁铁,超过1万吨液态氮和130吨液态氦将通过一个低温系统注入。
分布在环形轨道上的四个大探测器分别是ATLAS、ALICE、CMS和LHCb。四个探测器的建造方法各有不同,可以承接不同的实验要求。
在欧核工作多年的中国粒子物理学家、北京大学钱思进教授解释说,实验结果需要互相验证,不能由某探测器单一宣布新发现,四个探测器的原理略有不同,可以保证新发现的正确性。
| 这是欧洲粒子物理研究所和瑞士、法国周围地区的鸟瞰图。3个环清晰可见,最小的那个(位于右下方)显示出质子同步加速器的地下位置,中间的环是超级质子加速器(SPS)所在位置,这个加速器的圆周是7公里。那个最大的环(圆周27公里)是以前的大型正负电子对撞机(LEP)加速器所在地。 图片来源:新华网 |
建造十多年 曾发生爆裂
上个世纪90年代中叶,LHC开始建设。
CERN汇聚了来自80多个国家和地区的7000余位物理学家的力量,在LHC的每个大实验上工作的就有1000~2000多人。LHC总耗资达到60亿瑞士法郎(约39亿欧元)。每年CERN的总经费大约5亿多欧元,这些费用由各成员国按国民生产总值比例分摊。
LHC实验将致力于如下问题:物质是如何获得质量的,宇宙不可见的96%是由何物组成,为什么自然界中物质的总量远超过反物质,以及自宇宙诞生以来,物质是如何演化的等等。
LHC原计划2005年启动,但被数次推迟。其中,2007年3月27日,在一项高压检测中,对撞机用于聚焦质子束的磁体系统发生爆裂,检测现场发生阵阵巨响。通过多次测试发现,支撑物不够坚实,承受不住纵向压力,这一问题在设计过程中被忽视。
其实,LHC的建造不是刻意去寻找哪一个粒子,甚至不是为了寻找希格斯粒子。LHC只是构建了一个能量更高(7万亿电子伏)的实验平台,为人类探索达到这一层次的微观世界提供了一个工具———好比显微镜让人看到更多的微观生物世界。
LHC项目总指挥伊万斯:不怕产生黑洞 最怕LHC被毁
在CERN的总控制室里,记者有幸碰到了LHC的项目总指挥林·伊万斯,因为启动日程的临近,他十分繁忙。虽然来CERN采访的媒体如云,得知记者来自中国时,林·伊万斯还是有些惊讶,停下与同事的讨论,跟记者握手并接受了采访。
与其他研究人员的惟一区别是,伊万斯穿一件白色的T恤,上面赫然印的是全套的元素周期表,让人印象深刻。记者询问,这是否就是他的“工作服”时,他哈哈大笑起来,“也算是吧,CERN有自己印的T恤,这也是我们的文化。”
爆炸实验爱上化学
女生听课爱上物理
伊万斯博士是英国威尔士一位矿工的孩子,当他还是孩子时就表示要做惊天动地的事。果然没有失言,他和同事一起打造出了世界最强大的机器———大型强子对撞机,为此他被外界称为“伊万斯原子能”。
这位63岁的物理学家说,他的科学热情是在自己简易住宅里用化学仪器进行相对较小的爆炸实验点燃的。他说:“年轻时,我对化学的兴趣胜过物理。我有许多化学仪器,像每一个人一样,曾做过爆炸实验,有几次还把整个房子的保险都给烧坏了。”
伊万斯对物理学的兴趣是从初中时开始的,当时附近一所学校没有物理老师,那里的女生常常坐公车来他的学校上物理课,于是引发了他对物理的更多兴趣。
穿着短裤安静上班
不屑叫嚣毁灭之人
正当大型强子对撞机快要开始运转时,一些科学家却将CERN告上法庭。其中一位告状人就是德国退休的化学家奥托·勒斯勒尔教授,他表示对撞机在实验中很有可能产生微型黑洞,黑洞还将快速膨胀,吞噬地球。他向欧洲人权法院提出了起诉,申请对CERN启动的大型强子对撞机实验发出紧急禁令,但被法院驳回。
对于这些危言耸听的言论,用人生14年黄金时光打造巨大粒子加速器的伊万斯博士不屑一顾。事实上,他对此项目的运作非常从容,甚至还穿着短裤来上班。他说勒斯勒尔教授是一位“疯狂的”退休教授,他曾发明了自己的相对论。“我们已经指明他的基本错误在哪里,这样的人不用理会。”
伊万斯博士表示,他真正的恶梦不是LHC将毁灭世界,而是害怕机器被毁。“这不是我负责研制的首个加速器,却是遭受全世界怒视的首个加速器。我主要的担忧是如果一些事情不处理好,就要停工几小时甚至毁了建造这么久的机器。一些无所事事的人总是干扰,我们不习惯这样。我们更习惯安安静静地做事,然后宣布结果。”
CERN 世界科技的珠穆朗玛
CERN(欧洲核子研究中心,简称欧核)的地位并不逊色于任何一个你所知道的科学机构,它横卧在法国和瑞士的边境,主要的部分位于日内瓦郊区,紧靠着美丽如画的阿尔卑斯山。
比国际空间站还高端
这里聚集了来自世界80多个国家和地区的7000多名物理学家和工程技术人员,集合了近一半的世界粒子物理学家。
“这里是世界最高科技的所在地。”在介绍CERN总控制中心(CCC,即CERN Control Center)时,专家道格·马格路克毫不犹豫地说,“比起一些航天中心、核电站、甚至国际空间站,这里的水平都要高许多。”总控制室平均地分为4部分,水电控制室、LHC控制室、另外两个是向LHC注入束流的两个预加速器的控制室。
目前,地下27公里的超导环行轨道已经被降温到接近绝对零度,这是LHC实验的温度要求。
两强争夺希格斯粒子
CERN最大的竞争对手,是美国费米实验室,它以著名的理论物理学家伊瑞科·费米的名字命名,建立于1967年,位于美国伊利诺伊州的巴达维亚,是美国最重要的物理学研究中心之一。它属于美国能源部,目前实验室有2000名雇员。在LHC启动之前,费米实验室的Tevatron加速器一直是世界上能量输出最高的粒子加速器。
尽管费米实验室运转多年,但一直未能找到“上帝粒子”。两个实验室的科学家暗中较劲,希望自己先于别人找到。从另外一个角度来说,找到希格斯粒子,离这年的诺贝尔奖也就非常近了。
不过,因为美国政府近年陷入严重的财政赤字,LHC启动之后,费米的加速器将在2009年关闭,但费米产生的数据还没有分析完全,在这些数据里找到希格斯粒子,也是有可能的。(成都商报)
感谢钱思进教授对本版稿件的指导 |