歐洲核子研究中心：地下百米的“粒子物理王國(guó)”

1、歐洲核子研究中心：地下百米的“粒子物理王國(guó)”2011年02月22日 10:28來(lái)源：新華網(wǎng)字號(hào):T|T0人參與打印轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)賓在瑞士日內(nèi)瓦參觀歐洲核子研究中心多媒體中心。歐洲核子研究中心位于瑞士日內(nèi)瓦附近，跨瑞士和法國(guó)邊境，是全球重要的粒子研究機(jī)構(gòu)，重點(diǎn)模擬研究宇宙大爆炸之后的最初狀態(tài)。新華社記者于洋攝新華網(wǎng)日內(nèi)瓦2月21日電（記者劉洋楊京德）從瑞士日內(nèi)瓦驅(qū)車進(jìn)入法國(guó)，沿途寧?kù)o的田園風(fēng)光令人沉醉。這是一片位于阿爾卑斯山與汝拉山雪峰間的平原，鑲嵌著一座座牧場(chǎng)、葡萄園、古樸村鎮(zhèn)，而就在平原地表之下100多米深處，無(wú)數(shù)粒子或許正圍繞著一個(gè)周長(zhǎng)27公里的巨大環(huán)形設(shè)備，以接近光速運(yùn)行，并劇烈碰撞。這不是科幻

2、小說(shuō)的虛構(gòu)，而是歐洲核子研究中心最重要的設(shè)備大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情景。經(jīng)過(guò)近兩個(gè)月的技術(shù)維護(hù)后，按計(jì)劃，對(duì)撞機(jī)21日再次開始運(yùn)行。記者有幸在此之前，由研究中心的中方研究員、粒子物理學(xué)家任忠良博士帶領(lǐng)，進(jìn)入研究中心并探訪這神秘的地下“粒子物理王國(guó)”?？蒲小暗厍虼濉睔W洲核子研究中心建于1954年，是二戰(zhàn)后歐洲合作的產(chǎn)物，但今天的研究中心早已不再局限于歐洲，而更像一個(gè)“地球村”，會(huì)聚了來(lái)自世界上80多個(gè)國(guó)家和地區(qū)、580余所大學(xué)與科研機(jī)構(gòu)的近8000名科研人員，其中包括來(lái)自中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所和山東大學(xué)等中國(guó)科研院所的近百名師生。漫步在研究中心園區(qū)里，可以看到寬闊的草坪上和露天咖啡座上，不同膚色

3、、不同裝束的學(xué)者三五成群地坐在一起，操各種口音的英語(yǔ)或法語(yǔ)討論問(wèn)題。除進(jìn)行前沿物理試驗(yàn)外，研究中心還承擔(dān)了為世界各國(guó)大學(xué)培養(yǎng)物理學(xué)人才的任務(wù)，許多物理學(xué)家的碩士或博士論文都在這里完成。研究中心洋溢著尊重科學(xué)的氣氛，就連園區(qū)的各條道路都以在科學(xué)領(lǐng)域有重大貢獻(xiàn)的人士名字命名。從第一個(gè)設(shè)想物質(zhì)是由原子組成的古希臘哲學(xué)家德謨克利特，到發(fā)現(xiàn)鐳和釙等放射性元素的居里夫人，他們對(duì)人類認(rèn)知的貢獻(xiàn)，以這樣的方式被銘記。2月10日，在瑞士日內(nèi)瓦歐洲核子研究中心，來(lái)自中國(guó)的研究員任忠良介紹大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)所擁有四個(gè)探測(cè)器中最大的一個(gè)超環(huán)面探測(cè)器的組成部件。新華社記者于洋攝地下“粒子物理王國(guó)”大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)位于日內(nèi)瓦附

4、近、瑞士和法國(guó)交界地區(qū)地下的環(huán)形隧道內(nèi)。為探測(cè)質(zhì)子撞擊試驗(yàn)產(chǎn)生的結(jié)果，研究中心在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上安裝了4個(gè)探測(cè)器同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，其中最大的就是位于瑞士一側(cè)的超環(huán)面儀器。經(jīng)過(guò)兩道嚴(yán)格安檢后，記者跟隨任忠良博士深入地下100多米的超環(huán)面儀器試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。站在坑道內(nèi)高聳的鋼結(jié)構(gòu)探測(cè)器旁，如同站在希臘神話里的擎天巨神腳下，深感一己之渺小。這個(gè)圓柱形龐然大物高25米，長(zhǎng)45米，重7000噸，相當(dāng)于埃菲爾鐵塔或100架波音747客機(jī)的重量。任忠良博士說(shuō)，超環(huán)面儀器就像一架高精度巨型數(shù)字照相機(jī)。對(duì)撞機(jī)發(fā)射的粒子束經(jīng)過(guò)這個(gè)探測(cè)器時(shí)發(fā)生碰撞，產(chǎn)生的粒子沿著碰撞半徑方向向外發(fā)散，這些肉眼難以察覺的物理現(xiàn)象都會(huì)在這一高性

5、能探測(cè)器上留下影像。超環(huán)面儀器抓取碰撞影像的速度可達(dá)每秒4000萬(wàn)次，從而在粒子級(jí)別上記錄任何細(xì)微的變化。為處理由此產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，3000臺(tái)計(jì)算機(jī)會(huì)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，從大量無(wú)效碰撞數(shù)據(jù)中選取符合研究需要的少數(shù)粒子高能對(duì)頭碰撞記錄并加以分析。即便如此，篩選出的有用數(shù)據(jù)量仍大得驚人。這一探測(cè)器運(yùn)行一年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)如用DVD光盤刻錄，所有光盤鋪排起來(lái)將長(zhǎng)達(dá)7公里。2月10日，在瑞士日內(nèi)瓦歐洲核子研究中心，從超環(huán)面探測(cè)器地下工作區(qū)返回地面的工作人員展示按規(guī)定必須攜帶的放射檢測(cè)儀，數(shù)字零表示沒有受到輻射。新華社記者于洋攝人造宇宙大爆炸為從微觀世界揭開宇宙起源的奧秘，研究宇宙產(chǎn)生初期的環(huán)境，物理學(xué)家設(shè)計(jì)了通過(guò)粒子

6、對(duì)撞，模擬宇宙大爆炸的試驗(yàn)，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)就是進(jìn)行這一模擬過(guò)程的“利器”。可想而知，實(shí)現(xiàn)高能粒子對(duì)撞并非易事。據(jù)任忠良博士介紹，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)使用了超低溫、超導(dǎo)等超越人類現(xiàn)有工業(yè)水平的尖端技術(shù)。為產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)粒子所需要的強(qiáng)磁場(chǎng)，對(duì)撞機(jī)采用液態(tài)氦將管道溫度降至零下271攝氏度的超低溫，用低溫超導(dǎo)技術(shù)產(chǎn)生零電阻以保障磁場(chǎng)強(qiáng)度。此外，為維持低溫，減少管道內(nèi)外熱量交換，還使用了真空技術(shù)，對(duì)撞機(jī)周長(zhǎng)27公里的環(huán)形管道內(nèi)的真空空間相當(dāng)于巴黎圣母院的大小。低溫還帶來(lái)金屬等材料熱脹冷縮的問(wèn)題，這就要求在管道連接處使用可滑動(dòng)的接點(diǎn)，但可滑動(dòng)連接點(diǎn)同時(shí)也帶來(lái)另一個(gè)問(wèn)題：上萬(wàn)個(gè)連接點(diǎn)中，任何一個(gè)點(diǎn)如因接觸不良出現(xiàn)微小電

7、阻，強(qiáng)大的電流通過(guò)時(shí)就會(huì)瞬時(shí)釋放大量熱能，毀掉超導(dǎo)狀態(tài)。熱量還會(huì)氣化冷卻管道用的液態(tài)氦，導(dǎo)致大爆炸。2008年，對(duì)撞機(jī)調(diào)試過(guò)程中就發(fā)生了一次類似事故，使整個(gè)試驗(yàn)的進(jìn)度延后一年。研究中心花了整整一年，投入超過(guò)5000萬(wàn)瑞士法郎（約合5300萬(wàn)美元）才將設(shè)備修復(fù)。2月10日，在瑞士日內(nèi)瓦歐洲核子研究中心，來(lái)賓參觀大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)所擁有四個(gè)探測(cè)器中最大的一個(gè)超環(huán)面探測(cè)器的主控中心。新華社記者于洋攝尋找“上帝粒子”大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)目前的主要工作就是尋找希格斯玻色子。它是由英國(guó)人彼得·希格斯等物理學(xué)家在上世紀(jì)60年代提出的一種基本粒子，被認(rèn)為是物質(zhì)的質(zhì)量之源，因此被稱為“上帝粒子”。這種粒子就像神話中的獨(dú)角獸一樣難覓影蹤。在粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型中，總共預(yù)言了62種基本粒子，其中的61種都已被驗(yàn)證，唯獨(dú)希格斯玻色子始終游離在物理學(xué)家的視野之外。找到這種粒子，就找到建筑粒子物理學(xué)經(jīng)典理論大廈的最后一塊基石，如證明它不存在，整座大廈就要被推倒重建。此前，許多頂級(jí)物理研究機(jī)構(gòu)曾試圖通過(guò)對(duì)撞試驗(yàn)尋找希格斯玻色子，但都沒有成功。如今，有了世界上能量級(jí)別最高的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，歐洲核子研究中心的科學(xué)家對(duì)捕獲這頭“獨(dú)角獸”