歐洲粒子物理研究中心的大型強(qiáng)子對撞機(jī)是人類建造的最大、最復(fù)雜的科學(xué)設(shè)備。據(jù)美國《科學(xué)》雜志報(bào)道，9月10日，這個(gè)龐然大物將正式啟動(dòng)，產(chǎn)生第一束質(zhì)子流。物理學(xué)界翹首期盼的“物理學(xué)黃金時(shí)代”即將來臨。

 

這是一個(gè)令世界矚目的時(shí)刻，全球250多家媒體將親臨現(xiàn)場，見證這一時(shí)刻。

 

這一大型強(qiáng)子對撞機(jī)是一種將質(zhì)子加速對撞的高能物理設(shè)備，坐落于瑞士日內(nèi)瓦的歐洲粒子物 理研究中心。無論從哪方面看，它都是一個(gè)令人嘆為觀止的人類杰作：這是一個(gè)圓形加速器、深埋于地下100米，其環(huán)形隧道長達(dá)27公里，東起瑞士的日內(nèi)瓦 湖，西至法國的侏羅山，走完全程需要4個(gè)多小時(shí)；它的軌道上有4個(gè)巨大的探測器，每個(gè)探測器的重量幾乎都有上萬噸；它的造價(jià)高達(dá)55億美元；除隧道本身在 地下外，還有許多設(shè)備位于地面；它是來自80多個(gè)國家的物理學(xué)家、工程師、技術(shù)人員及相關(guān)人員，經(jīng)過10多年的努力建成。

 

除非發(fā)生緊急事件，這臺(tái)對撞機(jī)一旦開始運(yùn)行是不會(huì)停下來的，它會(huì)持續(xù)運(yùn)行幾年甚至幾十年，所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將通過網(wǎng)絡(luò)輸送到世界各地的研究所和大學(xué)，供物理學(xué)家們分析。它的運(yùn)行耗電量相當(dāng)于整個(gè)日內(nèi)瓦城的用電量，在一年5億歐元的預(yù)算中，相當(dāng)一部分用于支付電費(fèi)。

 

建造這臺(tái)大型強(qiáng)子對撞機(jī)的目的是探索宇宙的起源。它將兩束質(zhì)子分別加速到7萬億電子伏特 的極高狀態(tài)，再使之對撞。其能量狀態(tài)可與宇宙大爆炸后不久的狀態(tài)相比，物理學(xué)家將利用質(zhì)子碰撞的產(chǎn)物，探索新物理世界，如尋找標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的希格斯粒子， 探索超對稱、額外空間維等超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理。美國密歇根大學(xué)的理論物理學(xué)家戈登·凱恩說，當(dāng)世界上其他對撞機(jī)被用于研究標(biāo)準(zhǔn)模型的構(gòu)成時(shí)，大型強(qiáng)子對 撞機(jī)將回答更深層次的問題：為什么模型是這樣的？

 

具體來說，物理學(xué)家們希望這臺(tái)對撞機(jī)幫助回答這些問題：標(biāo)準(zhǔn)模型中所流行的造成基本粒子 質(zhì)量的希格斯機(jī)制是真實(shí)的嗎？果真如此的話，希格斯粒子有多少種，質(zhì)量分別是多少？粒子是否有相對應(yīng)的超對稱(SUSY)粒子存在？為何物質(zhì)與反物質(zhì)是不 對稱的？有更高維度的空間存在嗎？宇宙有96%的質(zhì)量是目前天文學(xué)上無法觀測到的，這些到底是什么……

 

物理學(xué)家林頓·埃文斯是大型強(qiáng)子對撞機(jī)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人。在這個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻即將來臨之 際，他回憶起了創(chuàng)業(yè)時(shí)的艱難日子：2002年，成本超支迫使官員們將建設(shè)完工時(shí)間推遲了一年；2004年，一個(gè)制造錯(cuò)誤迫使工人們重新建造3公里長的高技 術(shù)管道工程，該管道將冰冷的液氮輸送到加速器超導(dǎo)磁鐵中；2005年，一位技術(shù)人員因起重機(jī)載貨的意外掉落而喪生。“我們仿佛是在攀登一座大山，回憶當(dāng) 初，我們甚至沒有一個(gè)磁鐵。”埃文斯說。但現(xiàn)在，當(dāng)研究人員在測試它的很多子系統(tǒng)時(shí)，“它真的就像是一位老朋友，并且整裝待發(fā)”。

 

大型強(qiáng)子對撞機(jī)的建造是人類在工程技術(shù)方面的極端挑戰(zhàn)。當(dāng)它開始運(yùn)行時(shí)，磁鐵中的總能量 高達(dá)100億焦耳，而粒子束中的總能量也高達(dá)725百萬焦耳，7～10顆總粒子的能量就可以使超導(dǎo)磁鐵脫離超導(dǎo)態(tài)，而丟棄的全部粒子相當(dāng)于一枚小型炸 彈……因此，這臺(tái)設(shè)備及其運(yùn)行安全是極為重要的事情。甚至有人認(rèn)為它會(huì)毀滅地球，要求法院推遲它的啟動(dòng)時(shí)間。

 

事實(shí)上，自從1994年提出創(chuàng)建這臺(tái)對撞機(jī)的想法以來，安全問題就一直是這個(gè)項(xiàng)目建設(shè)的 考慮之一。多個(gè)審查小組已經(jīng)對它所有方面的安全性和對環(huán)境的影響進(jìn)行了評估。2003年，一個(gè)由獨(dú)立科學(xué)家組成的小組向歐洲粒子物理中心董事會(huì)提交了一份 全面報(bào)告，以評估對撞機(jī)所產(chǎn)生新粒子的安全性。報(bào)告認(rèn)為，這臺(tái)大型強(qiáng)子對撞機(jī)是安全的。一篇發(fā)表在2008年9月5日出版的《物理評論期刊G：核和粒子物 理》上的論文，以充足的證據(jù)表明了對撞機(jī)的安全性，并指出對它的安全性的擔(dān)心沒有依據(jù)。

 

談到這臺(tái)大型對撞機(jī)的前景，美國麻省理工學(xué)院的弗蘭克·維爾策克重復(fù)了物理學(xué)界的共識(shí)：它將開啟“物理學(xué)的黃金時(shí)代”。

 

但歐洲粒子物理中心的物理學(xué)家彼特·詹李警告說，大型對撞機(jī)很可能不會(huì)立即給出這些問題 的答案，“人們不應(yīng)該想當(dāng)然地認(rèn)為偉大的事件即將發(fā)生。如果進(jìn)展順利，大型強(qiáng)子對撞機(jī)將于10月份碰撞粒子，這時(shí)也許會(huì)發(fā)生一些特別的事情”。他說：“很 可能，這臺(tái)對撞機(jī)將花上幾年的時(shí)間才能發(fā)現(xiàn)希格斯粒子甚至其他陌生的新粒子。在標(biāo)準(zhǔn)模型回答了粒子加速器的幾乎每一個(gè)問題后的30年，物理學(xué)家們急切地想 看到一些真正的新東西。”(王丹紅編譯)

 

《科學(xué)時(shí)報(bào)》 (2008-9-10 要聞)