9 月 10 日,位于日内瓦附近隧道内的环形粒子加速器——大型强子对撞机 (LHC)——首次启动,它最令人惊叹之处在于它居然建成并运行了。二十六个国家为该项目投入了超过 80 亿美元的资金。随后,欧洲核子研究组织 (CERN) 召集了 5000 名科学家和工程师,共同建造了这一台规模、复杂性和雄心都前所未有的机器。
LHC 周长近 17 英里,使用 9300 个超导磁铁,以接近绝对零度(-271.3 摄氏度)的 1.9 开尔文温度进行冷却,将两束质子沿相反方向加速。它拥有公寓楼大小的探测器,用于研究这些质子在以光速 99.999999% 的速度相遇并碰撞时会发生什么。然而,大约相同比例的人类却不知道 LHC 的目的是什么。它会不会通过产生微小、贪婪的黑洞来摧毁地球?(物理学家说,绝对不可能。能量比 LHC 碰撞能量更高的碰撞随时都在自然发生,而我们仍然存在。)
事实上,LHC 的目标既简单又宏伟:它旨在发现新粒子。其中最受追寻的粒子之一是希格斯玻色子,也被称为上帝粒子,因为根据现有理论,它赋予了所有其他粒子质量。或者 LHC 可能会发现“超对称”粒子,即电子和夸克等已知粒子的奇异伴侣。这样的发现将是朝着建立四种基本力统一描述迈出的重要一步——这种“万有理论”将解释宇宙中所有的基本相互作用。此外,一些超对称粒子可能就是暗物质,即那些看不见的、似乎将星系维系在一起的物质。
物理学家、麻省理工学院诺贝尔奖得主 Frank Wilczek 承认,对于初学者来说,所有关于新粒子的谈论都可能令人困惑。“粒子已经很多了,”他说。“这会变成一个漫长无聊的故事,结局很平淡。谁在乎呢?” Wilczek 建议,要更好地理解 LHC 的重要性,就应该记住,根据量子力学,这些粒子也是弥漫在宇宙之海中的波——而我们就像海中的鱼,正在慢慢了解周围的一切。“方程告诉我们,我们所感知到的真空并非真的空无一物,”Wilczek 解释道。“它是一种改变事物行为的物质。我们嵌入在这种介质中,知道它的存在,但不知道它是由什么构成的。LHC 就是将要告诉我们这一点的仪器。”
这些问题看似晦涩难懂,但答案却至关重要。如果没有希格斯场,电子将没有质量,原子将变得无限大。简而言之,我们的世界将不复存在。LHC 可能会帮助解释它为何存在。
当质子开始在 LHC 中碰撞时——在 九月份的试运行 中,它们只沿着轨道运行了一圈——它们携带的能量将不会比 14 只飞行的蚊子多,但这些能量将被压缩到比蚊子小一万亿倍的空间。这种集中的能量将如同投入量子之海的石块,激起的涟漪将搅动出新粒子。
然而,首先,CERN 的物理学家们必须让这个世界上最复杂的物理机器的所有部件正常工作。9 月 19 日,在 LHC 控制室香槟酒飞溅的九天后,两块磁铁之间一个有故障的电气连接导致氦气泄漏,使整个装置停摆。因此,本已推迟一年启动的加速器,可能要到“明年春天”才能产生首次碰撞。















