探訪“粒子物理王國”歐洲核子研究中心

　　來賓在瑞士日內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瓦附近，跨瑞士和法國邊境，是全球重要的粒子研究機構，重點模擬研究宇宙大爆炸之后的最初狀態。

　　新華網日內瓦2月21日電(記者劉洋　楊京德)從瑞士日內瓦驅車進入法國，沿途寧靜的田園風光令人沉醉。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、葡萄園、古樸村鎮，而就在平原地表之下100多米深處，無數粒子或許正圍繞著一個周長27公里的巨大環形設備，以接近光速運行，并劇烈碰撞。

　　這不是科幻小說的虛構，而是歐洲核子研究中心最重要的設備――大型強子對撞機運轉的情景。經過近兩個月的技術維護后，按計劃，對撞機21日再次開始運行。記者有幸在此之前，由研究中心的中方研究員、粒子物理學家任忠良博士帶領，進入研究中心并探訪這神秘的地下“粒子物理王國”。

　　科研“地球村”

　　歐洲核子研究中心建于1954年，是二戰后歐洲合作的產物，但今天的研究中心早已不再局限于歐洲，而更像一個“地球村”，會聚了來自世界上80多個國家和地區、580余所大學與科研機構的近8000名科研人員，其中包括來自中國科學院高能物理研究所和山東大學等中國科研院所的近百名師生。

　　漫步在研究中心園區里，可以看到寬闊的草坪上和露天咖啡座上，不同膚色、不同裝束的學者三五成群地坐在一起，操各種口音的英語或法語討論問題。

　　除進行前沿物理試驗外，研究中心還承擔了為世界各國大學培養物理學人才的任務，許多物理學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的氣氛，就連園區的各條道路都以在科學領域有重大貢獻的人士名字命名。從第一個設想物質是由原子組成的古希臘哲學家德謨克利特，到發現鐳和釙等放射性元素的居里夫人，他們對人類認知的貢獻，以這樣的方式被銘記。

　　地下“粒子物理王國”

　　大型強子對撞機位于日內瓦附近、瑞士和法國交界地區地下的環形隧道內。為探測質子撞擊試驗產生的結果，研究中心在大型強子對撞機上安裝了4個探測器同時進行試驗，其中最大的就是位于瑞士一側的超環面儀器。

　　經過兩道嚴格安檢后，記者跟隨任忠良博士深入地下100多米的超環面儀器試驗現場。站在坑道內高聳的鋼結構探測器旁，如同站在希臘神話里的擎天巨神腳下，深感一己之渺小。

　　這個圓柱形龐然大物高25米，長45米，重7000噸，相當于埃菲爾鐵塔或100架波音747客機的重量。任忠良博士說，超環面儀器就像一架高精度巨型數字照相機。對撞機發射的粒子束經過這個探測器時發生碰撞，產生的粒子沿著碰撞半徑方向向外發散，這些肉眼難以察覺的物理現象都會在這一高性能探測器上留下影像。超環面儀器抓取碰撞影像的速度可達每秒4000萬次，從而在粒子級別上記錄任何細微的變化。

　　為處理由此產生的海量數據，3000臺計算機會同時運轉，從大量無效碰撞數據中選取符合研究需要的少數粒子高能對頭碰撞記錄并加以分析。即便如此，篩選出的有用數據量仍大得驚人。這一探測器運行一年產生的數據如用DVD光盤刻錄，所有光盤鋪排起來將長達7公里。

　　人造宇宙大爆炸

　　為從微觀世界揭開宇宙起源的奧秘，研究宇宙產生初期的環境，物理學家設計了通過粒子對撞，模擬宇宙大爆炸的試驗，大型強子對撞機就是進行這一模擬過程的“利器”。

　　可想而知，實現高能粒子對撞并非易事。據任忠良博士介紹，大型強子對撞機使用了超低溫、超導等超越人類現有工業水平的尖端技術。

　　為產生偏轉粒子所需要的強磁場，對撞機采用液態氦將管道溫度降至零下271攝氏度的超低溫，用低溫超導技術產生零電阻以保障磁場強度。此外，為維持低溫，減少管道內外熱量交換，還使用了真空技術，對撞機周長27公里的環形管道內的真空空間相當于巴黎圣母院的大小。

　　低溫還帶來金屬等材料熱脹冷縮的問題，這就要求在管道連接處使用可滑動的接點，但可滑動連接點同時也帶來另一個問題：上萬個連接點中，任何一個點如因接觸不良出現微小電阻，強大的電流通過時就會瞬時釋放大量熱能，毀掉超導狀態。熱量還會氣化冷卻管道用的液態氦，導致大爆炸。

　　2008年，對撞機調試過程中就發生了一次類似事故，使整個試驗的進度延后一年。研究中心花了整整一年，投入超過5000萬瑞士法郎(約合5300萬美元)才將設備修復。

　　尋找“上帝粒子”

　　大型強子對撞機目前的主要工作就是尋找希格斯玻色子。它是由英國人彼得?希格斯等物理學家在上世紀60年代提出的一種基本粒子，被認為是物質的質量之源，因此被稱為“上帝粒子”。

　　這種粒子就像神話中的獨角獸一樣難覓影蹤。在粒子物理學的標準模型中，總共預言了62種基本粒子，其中的61種都已被驗證，唯獨希格斯玻色子始終游離在物理學家的視野之外。找到這種粒子，就找到建筑粒子物理學經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，許多頂級物理研究機構曾試圖通過對撞試驗尋找希格斯玻色子，但都沒有成功。如今，有了世界上能量級別最高的大型強子對撞機，歐洲核子研究中心的科學家對捕獲這頭“獨角獸”充滿信心。

　　研究中心主任、德國粒子物理學家羅爾夫?霍伊爾說，對撞機在過去一年表現非常出色，因此大家普遍對試驗充滿信心。霍伊爾風趣地化用莎士比亞的名言說，希格斯玻色子存在還是不存在，這是一個問題，而這個問題的答案很可能在未來兩年內揭曉。