参观将启用的世界上最大粒子加速器 | 科学 | DW | 15.07.2007
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科学

参观将启用的世界上最大粒子加速器

粗略地说,欧洲核子研究中心(CERN)的目标是搞清楚究竟是什么东西构成了世界上的物质。现在,位于瑞士日内瓦的这个中心又向这个目标靠近了一步:他们正在紧锣密鼓地建造迄今为止世界上最大的粒子加速器——大型强子对撞机LHC。全世界一万来名科学家参加了这一科研项目。目前,大部分部件已安装完毕,预计2008年春,大型强子对撞机将会投入使用。

正在兴建的加速器隧道

正在兴建的加速器隧道

欧洲核子研究中心占地面积巨大。虽说该中心座落在瑞士的日内瓦,但是要想参观其目前最引人注目的设备——大型强子对撞机LHC,首先需要穿越边境,进入法国境内。记者、物理学专家以及参加建设大型强子对撞机的公司的代表一行15人正准备参观这一庞大科研项目的进展情况。

Teilchenbeschleuniger

简单来说,欧洲核子研究中心的物理学家们希望利用大型强子对撞机让时光倒转,重现宇宙大爆炸的时刻。对撞机建在地下,拥有长达27公里的环形隧道,用来加速粒子。加速后的粒子相互对撞,就会创造出和宇宙大爆炸后万亿分之一秒时的状态类似的条件。科学家们可以利用这一瞬间机会,探讨物理学的最基本问题。

加速器部门主任勒布伦(Lebrun)介绍说,“我们希望可以由此了解物理学有关基本粒子组成的标准模型是否正确,还是有必要进行修正。比如说,这个模型就不能解释为什么粒子具有质量。与此相关的另外一个问题也是我们希望能够借助大型强子对撞机予以证明的,那就是所谓的希格斯玻色子(Higgs-Boson),也被简称为希格斯粒子的存在。但这只是我们想搞清楚的诸多问题中的一个。”

希格斯,听上去有点儿像德语对打嗝的称呼,但希格斯粒子却很有可能为其发现者带来下一个诺贝尔奖的殊荣,因为它是标准模型中迄今唯一没有得到实验验证、但却至关重要的粒子,有了这个粒子,所有粒子物理学领域的现象便都可以得到圆满的解释。简单来说,就是因为有了所谓的希格斯场,粒子才拥有一定的质量。

行车大约15分钟后,我们来到了通向大型强子对撞机地下隧道的6号竖井入口,克洛代(Claudet)早已等候在那里。他是负责这段隧道的加速器安装工作的。

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我们乘坐电梯迅速到达井下。电梯既快捷又平稳,几乎感觉不到它在运行。克洛代要我们牢记竖井编号PM65,以防万一有人走散还可以自己找回来,因为从这里开始,隧道开始像迷宫一样,四伸八展,管道纵横,通向分布在不同层面上的好几个大厅。加速器的环形管道本身建在主要隧道中,共有两条管道,管径有胳膊粗。加速器启用后,两束带正电的质子束将在相互对立的方向上,被加速到几近光速的速度,在管道周围巨大磁场的控制下,它们在环形管道中将会每秒钟飞行11000圈。加速管道上方,还有无数大小管道和电缆,用于供电和冷却。克洛代表示,把这么多的大小部件组合成一个整体,真不是一件简单的事。

在这位物理学家看来,这项工作要求的不是学术上的拔尖人才,而首先是精细可靠的技术工人。他说:“最终落成的产品可以说是举世无双的,但是在此之前,必须把所有大大小小的单件、部件在现场组装到一起。而且,现场组装步骤必须相对简单、容易完成才行,否则的话,假如我们每一步都需要一个新的爱因斯坦出谋划策的话,那我们根本就取得不了多少进展,道理很简单,就是因为世界上没有足够的爱因斯坦。”

参观一阵后,当克洛代招呼大家动身离开隧道的时候,大部分人都恋恋不舍,觉得还没有看够。大轿车带着我们一行人又返回了欧洲核子研究中心在瑞士的地盘,停在一个巨大的大厅前,里面大得足足装得下一架大飞机。这里,工作人员正在紧锣密鼓地进行有关ATLAS探测器的最后工作。

Teilchenbeschleuniger

正在建设的大型强子对撞机上共有4个对撞点,各装有一个粒子探测器,用来探测碰撞产生的微小粒子,记录粒子的能量、质量等信息,ATLAS是其中最大的。这是一个高46米、直径25米的庞然大物。ATLAS这个名字取得用意深刻,它是古希腊神话中一位大力士的名字,可以肩负整个地球,而ATLAS探测器似乎肩负着解释地球的重任。ATLAS的最终安装位置是包在粒子加速器管道上,管道就好像是穿堂而过,穿过探测器,而时速几近光速的两束粒子就将在探测器的中心部位相互对撞,每秒钟大约发生4000万次对撞。

现在我们到达了地下50米的深处。出于安全考虑,再深的地方外人不得进入。我们现在所在的是可以平视ATLAS探测器的地方,在所谓的大教堂,也可以说是圣殿里:这是一个巨大的地下大厅,55米长,高、宽各30米。来自德国的物理学家巴尔特(Klaus Barth)在这里负责接待我们。他参加ATLAS实验工作已经10年了。他说:“像大型强子对撞机这样的实验,或者像ATLAS这样的实验,需要几代人的努力。我很幸运,正好属于可以真正经历这样的探测器、这样的加速器投入运行的这一代,经历出成果的一代,有机会看到具体的成果,了解很有意思的东西。对一名搞理论物理的人来说,这当然是一件非常令人兴奋的事情。”

大型强子对撞机的建造工作并非一帆风顺,出于种种原因,进度一再拖延,因而启动运行时间也一再推后。然而,出资机构开始等不及了,一再催促。按目前的计划,2008年春季,大型强子对撞机将投入运行。届时,首批粒子将在加速器管道中飞行,无数人将翘首以待,看能不能捕捉到期盼已久的希格斯粒子的痕迹。

  • 日期 15.07.2007
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