大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，英文名稱為L(zhǎng)HC（LargeHadronCollider），歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是現(xiàn)在世界上最大、能量最高的粒子加速器，是一種將質(zhì)子加速對(duì)撞的高能物理設(shè)備，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)坐落于日內(nèi)瓦附近瑞士和法國(guó)的交界侏羅山地下100米深?總長(zhǎng)17英里（含17英里）的環(huán)形隧道內(nèi)。參與這一項(xiàng)目的研究人員表示，在短短3個(gè)月的實(shí)驗(yàn)過程中，他們已經(jīng)探測(cè)到處于我們當(dāng)前對(duì)物理學(xué)的了解――標(biāo)準(zhǔn)模型核心的所有粒子。2010年，參與大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）項(xiàng)目的科學(xué)家表示，他們可能已經(jīng)“接近”希格斯玻色子。2015年4月5日，歐洲核子研究中心宣布，歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)正式開啟第二階段運(yùn)行，探索希格斯玻色子機(jī)制、暗物質(zhì)、反物質(zhì)、夸克膠子等離子體等更多未知科學(xué)領(lǐng)域。

歐洲強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)_大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) -建造過程

大型強(qiáng)子對(duì)撞器

，英文名稱為L(zhǎng)HC（Large Hadron Collider）是一座位于瑞士日內(nèi)瓦近郊?xì)W洲核子研究組織CERN的粒子加速器與對(duì)撞機(jī)，作為國(guó)際高能物理學(xué)研究之用。地理坐標(biāo)為北緯46°14′00″，東經(jīng)6°03′00″46.233333333333;6.05， LHC已經(jīng)建造完成。

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將是世界上最大、能量最高的粒子加速器，來自大約80個(gè)國(guó)家的7000名科學(xué)家和工程師。由40個(gè)國(guó)家建造。是一種將質(zhì)子加速對(duì)撞的高能物理設(shè)備。它是一個(gè)圓形加速器，深埋于地下100米，它的環(huán)狀隧道有 27 公里長(zhǎng)，坐落于在瑞士日內(nèi)瓦的歐洲核子研究中心（又名歐洲粒子物理實(shí)驗(yàn)室），橫跨法國(guó)和瑞士的邊境。

為了節(jié)省成本，物理學(xué)家們沒有開鑿一條昂貴的新隧道來容納新的對(duì)撞機(jī)，而是決定拆掉原來安置在歐洲原子核研究中心的正負(fù)電子加速器，代之以建造大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)所需要的5萬噸設(shè)備。當(dāng)兩個(gè)質(zhì)子束在環(huán)形隧道中沿著反方向運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，強(qiáng)大的電場(chǎng)使它們的能量急劇增加。這些粒子每運(yùn)行一圈，就會(huì)獲得更多的能量。要保持如此高能量的質(zhì)子束繼續(xù)運(yùn)行需要非常強(qiáng)大的磁場(chǎng)。這么強(qiáng)的磁場(chǎng)是由冷卻到接近絕對(duì)零度的超導(dǎo)電磁體產(chǎn)生的。物理學(xué)家們最希望建造的是一個(gè)30公里長(zhǎng)的機(jī)器，它能以至少5千億電子伏的能量將電子和正電子一起粉碎。

歐洲強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)_大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) -設(shè)備結(jié)構(gòu)

LHC是一個(gè)國(guó)際合作的計(jì)劃，由34個(gè)國(guó)家超過兩千位物理學(xué)家所屬的大學(xué)與實(shí)驗(yàn)室所共同出資合作興建的。

LHC包含了一個(gè)圓周為27公里的圓形隧道，因當(dāng)?shù)氐匦蔚木壒饰挥诘叵?0至150米之間。這是先前大型電子正子加速器（LEP）所使用隧道的再利用，隧道本身直徑三米，位于同一平面上，并貫穿瑞士與法國(guó)邊境，主要的部分大半位于法國(guó)。雖然隧道本身位于地底下，尚有許多地面設(shè)施如冷卻壓縮機(jī)，通風(fēng)設(shè)備，控制電機(jī)設(shè)備，還有冷凍槽等等建構(gòu)于其上。

加速器通道中，主要是放置兩個(gè)質(zhì)子束管。加速管由超導(dǎo)磁鐵所包復(fù)，以液態(tài)氦來冷卻。管中的質(zhì)子是以相反的方向，環(huán)繞著整個(gè)環(huán)型加速器運(yùn)行。除此之外，在四個(gè)實(shí)驗(yàn)碰撞點(diǎn)附近，另有安裝其他的偏向磁鐵及聚焦磁鐵。

LHC加速環(huán)的四個(gè)碰撞點(diǎn)，分別設(shè)有五個(gè)偵測(cè)器在碰撞點(diǎn)的地穴中。其中超環(huán)面儀器 （ATLAS）與緊湊渺子線圈（CMS）是通用型的粒子偵測(cè)器。其他三個(gè)（LHC底夸克偵測(cè)器（LHCb），大型離子對(duì)撞器（ALICE）以及全截面彈性散射偵測(cè)器（TOTEM）則是較小型的特殊目標(biāo)偵測(cè)器。

歐洲強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)_大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) -研究歷史

1994年，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目立項(xiàng)后，埃文斯理所當(dāng)然地就成為了這個(gè)耗資百億美元的項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人。對(duì)撞機(jī)從設(shè)計(jì)到建造，都由他全權(quán)負(fù)責(zé)。14年后，在瑞士和法國(guó)交界地區(qū)地下100米深處的周長(zhǎng)為27公里的環(huán)形隧道里，埃文斯和全球80多個(gè)國(guó)家近萬名科學(xué)家的心血結(jié)晶――大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)正式建成。

在2005年10月25日，因?yàn)槠鹬貦C(jī)載貨的意外掉落，造成一位技術(shù)人員的喪生。

2007年3月27日，由費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室所負(fù)責(zé)建造，一個(gè)用于 LHC 內(nèi)部的三極低溫超導(dǎo)磁鐵（屬于聚焦用四極磁鐵），因?yàn)橹渭艿脑O(shè)計(jì)不良，在壓力測(cè)試時(shí)發(fā)生破損。雖然沒有造成人員的傷亡，但是卻嚴(yán)重影響了 LHC 開始運(yùn)作的時(shí)程。

2008年6月15日，在埃文斯的退休儀式上，這6位主任紛紛親自出面或通過視頻向他致以敬意。他們還聯(lián)合簽署了一份文件，將大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)以林恩?埃文斯的名字命名，并制作了一個(gè)對(duì)撞機(jī)偶極子的小模型贈(zèng)送給埃文斯。

2008年9月10日，對(duì)撞機(jī)初次啟動(dòng)進(jìn)行測(cè)試。埃文斯將手指放在鼠標(biāo)上，親自點(diǎn)擊啟動(dòng)了首次測(cè)試。這次測(cè)試是研究人員將一個(gè)質(zhì)子束以順時(shí)針方向注入到加速器中，讓其加速到99.9998%光速的超快速度，從而使此質(zhì)子束在全長(zhǎng)27公里的環(huán)形隧道中以每秒11245圈的速度狂飆。這一幕通過網(wǎng)絡(luò)視頻向世界進(jìn)行了直播，還有300多名記者來到此實(shí)驗(yàn)室目睹測(cè)試過程。

2008年9月19日，LHC，第三與第四段之間，用來冷卻超導(dǎo)磁鐵的液態(tài)氦，發(fā)生了嚴(yán)重的泄漏。據(jù)推測(cè)是由于聯(lián)接兩個(gè)超導(dǎo)磁鐵的接點(diǎn)接觸不良，在超導(dǎo)高電流的情況下融毀所造成的。依據(jù)CERN的安全條例，必需將磁鐵升回到室溫后詳細(xì)檢查才能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，這將需要三到四周的時(shí)間。要再冷卻回運(yùn)作溫度，也是得經(jīng)過三四周的時(shí)間，如此正好遇上預(yù)定的年度檢修時(shí)程，因此要開始運(yùn)作將可能延遲至2009年春天。

2008年10月16日，CERN發(fā)布了關(guān)于液態(tài)氦泄漏事件的調(diào)查分析，證實(shí)了先前推測(cè)的為兩超導(dǎo)磁鐵間接點(diǎn)不良所造成的。由于安全條例確實(shí)地實(shí)行、安全設(shè)計(jì)皆有正常工作、并且替換用的零件都有庫(kù)存，預(yù)期2009年6月重啟。

歐洲強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)_大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) -運(yùn)行狀況

2008年9月10日下午15：30正式開始運(yùn)作，

成為世界上最大的粒子加速器設(shè)施。

2008年9月19日，（LHC第三與第四段之間，用來冷卻超導(dǎo)磁鐵的液態(tài)氦，發(fā)生了嚴(yán)重的泄漏）導(dǎo)致對(duì)撞機(jī)暫停運(yùn)轉(zhuǎn)。

60余名中國(guó)科學(xué)家（其中近四十人為臺(tái)灣科學(xué)家）參與強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)。四個(gè)主要實(shí)驗(yàn)均有中國(guó)科研單位和高校參與，分別為：中科院高能物理研究所、中國(guó)科技大學(xué)、山東大學(xué)、南京大學(xué)參與ATLAS實(shí)驗(yàn)；中科院高能物理研究所、北京大學(xué)參與CMS實(shí)驗(yàn)；華中師范大學(xué)參與ALICE實(shí)驗(yàn)；清華大學(xué)參與LHCb實(shí)驗(yàn)。

歐洲強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)_大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) -技術(shù)原理

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）是歐洲粒子物理研究所(CERN）的加速器復(fù)合體的最新補(bǔ)充。

在這個(gè)加速器里面，2束高能粒子流在彼此相撞之前，以接近光速的速度向前傳播。這兩束粒子流分別通過不同光束管，向相反方向傳播，這兩根管子都處于超高真空狀態(tài)。一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)促使它們圍繞那個(gè)加速環(huán)運(yùn)行，這個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)是利用超導(dǎo)電磁石獲得的。這些超導(dǎo)電磁石是利用特殊電纜線制成的，它們?cè)诔瑢?dǎo)狀態(tài)下進(jìn)行操作，有效傳導(dǎo)電流，沒有電阻消耗或能量損失。要達(dá)到這種結(jié)果，大約需要將磁體冷卻到零下271℃，這個(gè)溫度比外太空的溫度還低。由于這個(gè)原因，大部分加速器都與一個(gè)液態(tài)氦分流系統(tǒng)和其他設(shè)備相連，這個(gè)液態(tài)氦分流系統(tǒng)是用來冷卻磁體的。

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)利用數(shù)千個(gè)種類不同，型號(hào)各異的磁體，給該加速器周圍的粒子束指引方向。這些磁體中包括15米長(zhǎng)的1232雙極磁體和392四極磁體，1232雙極磁體被用來彎曲粒子束，392四極磁體每個(gè)都有5到7米長(zhǎng)，它們被用來集中粒子流。在碰撞之前，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)利用另一種類型的磁體“擠壓”粒子，讓它們彼此靠的更近，以增加它們成功相撞的機(jī)會(huì)。這些粒子非常小，讓它們相撞，就如同讓從相距10公里的兩地發(fā)射出來的兩根針相撞一樣。

這個(gè)加速器、它的儀器和技術(shù)方面的基礎(chǔ)設(shè)施的操作器，都安裝在歐洲粒子物理研究所控制中心的同一座建筑內(nèi)。在這里，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)的粒子流將在加速器環(huán)周圍的4個(gè)區(qū)域相撞，這4個(gè)區(qū)域與粒子探測(cè)器的位置相對(duì)應(yīng)。

歐洲強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)_大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) -工作流程

兩個(gè)對(duì)撞加速管中的質(zhì)子，各具有的能量為 7 TeV （兆兆電子伏特），總撞擊能量達(dá) 14 TeV之譜。每個(gè)質(zhì)子環(huán)繞整個(gè)儲(chǔ)存環(huán)的時(shí)間為 89 微秒（microsecond）。因?yàn)橥郊铀倨鞯奶匦?，加速管中的粒子是以粒子團(tuán)（bunch）的形式，而非連續(xù)的粒子流。整個(gè)儲(chǔ)存環(huán)將會(huì)有2800個(gè)粒子團(tuán)，最短碰撞周期為 25 納秒（nanosecond）。在加速器開始運(yùn)作的初期，將會(huì)以軌道中放入較少的粒子團(tuán)的方式運(yùn)作，碰撞周期為 75 納秒，再逐步提升到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

在粒子入射到主加速環(huán)之前，會(huì)先經(jīng)過一系列加速設(shè)施，逐級(jí)提升能量。其中，由兩個(gè)直線加速器所構(gòu)成的質(zhì)子同步加速器 （PS）將產(chǎn)生50 MeV的能量，接著質(zhì)子同步推進(jìn)器 （PSB）提升能量到1.4GeV。而質(zhì)子同步加速環(huán)可達(dá)到26 GeV的能量。低能量入射環(huán)（LEIR）為一離子儲(chǔ)存與冷卻的裝置。反物質(zhì)減速器 （AD）可以將3.57 GeV的反質(zhì)子，減速到2 GeV。最后超級(jí)質(zhì)子同步加速器(SPS）可提升質(zhì)子的能量到450 GeV。

LHC也可以用來加速對(duì)撞重離子，例如鉛（Pb）離子可加速到1150 TeV。由于LHC有著對(duì)工程技術(shù)上極端的挑戰(zhàn)，安全上的確保是極其重要的。當(dāng)LHC開始運(yùn)作時(shí)，磁鐵中的總能量高達(dá)100億焦耳（GJ），而粒子束中的總能量也高達(dá)725百萬焦耳（MJ）。只需要10?7總粒子能量便可以使超導(dǎo)磁鐵脫離超導(dǎo)態(tài)，而丟棄全部的加速粒子可相當(dāng)于一個(gè)小型的爆炸。

歐洲強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)_大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) -創(chuàng)始人物

林恩?埃文斯(Lyn Evans)，

歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的領(lǐng)導(dǎo)者。是威爾士一位礦工的兒子，在阿布戴爾(Aberdare)中學(xué)時(shí)就對(duì)科學(xué)萌發(fā)了興趣，獲得了英國(guó)斯旺西大學(xué)的物理學(xué)博士學(xué)位。

1969年，他花3個(gè)月時(shí)間訪問了歐洲核子物理研究組織（CERN）項(xiàng)目。從此，他和妻子以及家人就定居在這里。65歲的威爾士人林恩?埃文斯大概可以算得上是這個(gè)世界上對(duì)“爆炸”最執(zhí)著的人了。從小就愛用各種化學(xué)物質(zhì)搗鼓點(diǎn)小爆炸的他，長(zhǎng)大后又對(duì)宇宙大爆炸產(chǎn)生了興趣。

為了模擬宇宙大爆炸，解開宇宙之謎，他一手“策劃”了堪稱世界上最大科學(xué)實(shí)驗(yàn)的歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）項(xiàng)目。從設(shè)計(jì)，建造，到實(shí)驗(yàn)，埃文斯已經(jīng)一路伴隨這個(gè)項(xiàng)目走過了近16個(gè)年頭。5個(gè)月前正式從歐洲核子研究中心（CERN）退休后，埃文斯?jié)u漸放慢了工作節(jié)奏，但他依然沒有離開LHC項(xiàng)目。盡管不再擔(dān)任項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，他在CMS（緊湊繆子線圈）實(shí)驗(yàn)小組中仍然擔(dān)任著重要工作。

歐洲強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)_大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) -研究課題

歐洲核子研究中心于2008年9月10日啟動(dòng)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）。這個(gè)世界上最大的機(jī)器，有望揭開宇宙起源的奧秘在內(nèi)五大謎團(tuán)。

過去幾十年來，物理學(xué)家不斷在細(xì)節(jié)上加深對(duì)構(gòu)成宇宙的基本粒子及其交互作用的了解。了解的加深讓粒子物理學(xué)的“標(biāo)準(zhǔn)模型”變得更為豐滿，但這個(gè)模型中仍存在縫隙，以至于我們無法繪制一幅完整的圖畫。為了幫助科學(xué)家揭示粒子物理學(xué)上這些關(guān)鍵性的未解之謎，需要大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)便擔(dān)負(fù)起“數(shù)據(jù)提供者”的角色，這也是非常重要的一個(gè)步驟。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)能夠?qū)墒|(zhì)子加速到空前的能量狀態(tài)而后發(fā)生相撞，此時(shí)的撞擊可能帶來意想不到的結(jié)果，絕對(duì)是任何人都無法想象的。

牛頓未完成的工作――什么是質(zhì)量？

質(zhì)量的起源是什么？為什么微小粒子擁有質(zhì)量，而其它一些粒子卻沒有這種“待遇”？對(duì)于這些問題，科學(xué)家到現(xiàn)在也沒有找到一個(gè)確切答案。最有可能的解釋似乎可以在希格斯玻色子身上找到。希格斯玻色子是“標(biāo)準(zhǔn)模型”這一粒子物理學(xué)理論中最后一種尚未被發(fā)現(xiàn)的粒子，它的存在是整個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)模型”的基石。早在1964年，蘇格蘭物理學(xué)家彼得?希格斯(Peter Higgs）便首次預(yù)言存在這種粒子，但迄今為止，

科學(xué)家仍未見過它的廬山真面目。

ATLAS和CMS實(shí)驗(yàn)將積極尋找這種難于捉摸的粒子存在跡象。

一個(gè)“看不見”的問題――96%的宇宙由什么構(gòu)成？

我們?cè)谟钪嬷锌吹降囊磺楔D―從小螞蟻到巨大的星系――都是由普通粒子構(gòu)成的。這些粒子被統(tǒng)稱為物質(zhì)，它們構(gòu)成了4%的宇宙。余下的部分據(jù)信由暗物質(zhì)――不發(fā)光的物質(zhì)和暗能量構(gòu)成，它們對(duì)于整個(gè)宇宙的構(gòu)成與運(yùn)行有著極其重要的作用。對(duì)它們進(jìn)行探測(cè)和研究的難度不可想象。研究暗物質(zhì)和暗能量的性質(zhì)是當(dāng)今粒子物理學(xué)和宇宙學(xué)面臨的最大挑戰(zhàn)之一。

ATLAS和CMS實(shí)驗(yàn)將尋找超級(jí)對(duì)稱的粒子，用于驗(yàn)證一種與暗物質(zhì)構(gòu)成有關(guān)的假設(shè)。

大自然的偏好――為什么找不到反物質(zhì)？

我們生活在一個(gè)由物質(zhì)構(gòu)成的世界，宇宙萬物――包括我們?nèi)祟愒趦?nèi)都是由物質(zhì)構(gòu)成的。反物質(zhì)就像物質(zhì)的一個(gè)孿生兄弟，但它卻攜帶相反電荷。在宇宙誕生時(shí)，“大爆炸”產(chǎn)生了相同數(shù)量的物質(zhì)和反物質(zhì)。然而，一旦這對(duì)孿生兄弟碰面，它們就會(huì)“同歸于盡”，并最終轉(zhuǎn)換成能量。不知何故，少量物質(zhì)幸存下來，并形成我們現(xiàn)在生活的宇宙，而它的孿生兄弟反物質(zhì)卻幾乎消失得無影無蹤。為什么大自然不能一碗水端平，平等對(duì)待這對(duì)孿生兄弟呢？

LHCb實(shí)驗(yàn)將尋找物質(zhì)與反物質(zhì)之間的差異，幫助解釋大自然為何如此偏向。此前的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)觀察到兩者之間的些許不同，但迄今為止的研究發(fā)現(xiàn)還不足以解釋宇宙中的物質(zhì)和暗物質(zhì)為何在數(shù)量上呈現(xiàn)出明顯的不均衡。

“大爆炸”的秘密――物質(zhì)在宇宙誕生后的第一秒呈什么狀態(tài)？

構(gòu)成宇宙萬物的物質(zhì)據(jù)信來源于一系列密集而熾熱的基本粒子?，F(xiàn)在宇宙中的普通物質(zhì)由原子構(gòu)成，原子擁有一個(gè)由質(zhì)子和中子構(gòu)成的核子，質(zhì)子和中子都是被稱之為“膠子”的其它粒子束縛夸克形成的。這種束縛非常強(qiáng)大，但在最初的宇宙，由于溫度極高加之能量巨大，膠子很難將夸克結(jié)合在一起。也就是說，這種束縛似乎是在“大爆炸”發(fā)生后的最初幾微秒內(nèi)形成的，此時(shí)的宇宙擁有一個(gè)由夸克和膠子構(gòu)成的非常熾熱而密集的混合物，也就是所說的“夸克-膠子等離子體”。

ALICE實(shí)驗(yàn)將利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)模擬大爆炸發(fā)生后的原始宇宙形態(tài)，分析夸克-膠子等離子體的性質(zhì)。

隱藏的世界――空間的額外維度真的存在嗎？

根據(jù)愛因斯坦廣義相對(duì)論，人類生存的三維空間加上時(shí)間軸即構(gòu)成所謂四維時(shí)空。后來的理論認(rèn)為，可能存在擁有隱藏維度的空間。弦理論便暗示額外的空間維度尚未被人類觀察到，它們似乎會(huì)在高能條件下顯現(xiàn)出來。基于這種推測(cè)，科學(xué)家將對(duì)所有探測(cè)器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)分析，以尋找額外維度存在跡象。

物理學(xué)家希望借由加速器對(duì)撞機(jī)來幫助他們解答下列的問題：

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？

真是如此的話，希格斯粒子有多少種，質(zhì)量又分別是多少呢？

當(dāng)重子的質(zhì)量被更精確的測(cè)量時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)模型是否仍然成立的？

粒子是否有相對(duì)應(yīng)的超對(duì)稱（SUSY）粒子存在？

為何物質(zhì)與反物質(zhì)是不對(duì)稱的？

有更高維度的空間（Kaluza-Kleintheory,extradimensions）存在嗎？

我們可以見到這啟發(fā)弦論的現(xiàn)象嗎？

宇宙有96%的質(zhì)量是天文學(xué)上無法觀測(cè)到的，這些到底是什么？

為何萬有引力比起其他三個(gè)基本作用力（電磁力，強(qiáng)作用力，弱作用力）差了這么多個(gè)數(shù)量級(jí)？

重離子對(duì)撞機(jī)

雖然LHC的物理實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，著重于研究質(zhì)子對(duì)撞后的現(xiàn)象。然而，短期的如每年一個(gè)月的重離子對(duì)撞也在實(shí)驗(yàn)計(jì)劃之中。雖然其他較輕的離子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)也是可行的，主要的規(guī)劃為鉛離子的對(duì)撞實(shí)驗(yàn)。

歐洲強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)_大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) -科學(xué)實(shí)驗(yàn)

利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）進(jìn)行的6項(xiàng)實(shí)驗(yàn)都將均在國(guó)際合作的模式下完成，這些實(shí)驗(yàn)將世界各地的研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家聚集在一起，共同見證激動(dòng)人心的一刻。每一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)都截然不同，這是由其使用的粒子探測(cè)器的獨(dú)特性所決定的。兩項(xiàng)大規(guī)模實(shí)驗(yàn)――ATLAS（超環(huán)面儀器實(shí)驗(yàn)的英文縮寫，以下簡(jiǎn)稱ATLAS）和CMS（緊湊渺子線圈實(shí)驗(yàn)的英文縮寫，以下簡(jiǎn)稱CMS）――均建立在多用途探測(cè)器基礎(chǔ)之上，用于分析在加速器中撞擊時(shí)產(chǎn)生的數(shù)量龐大的粒子。兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的研究規(guī)模和研究層面均達(dá)到前所未有的程度。使用兩個(gè)單獨(dú)設(shè)計(jì)的探測(cè)器是交叉確認(rèn)任何新發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵所在。

兩項(xiàng)中型實(shí)驗(yàn)――ALICE（大型離子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)的英文縮寫，以下簡(jiǎn)稱ALICE）和LHCb(LHC底夸克實(shí)驗(yàn)的英文縮寫，以下簡(jiǎn)稱LHCb）――利用特殊的探測(cè)器，分析與特殊現(xiàn)象有關(guān)的撞擊。

另外兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)――TOTEM（全截面彈性散射偵測(cè)器實(shí)驗(yàn)的英文縮寫，以下簡(jiǎn)稱TOTEM）和LHCf(LHC前行粒子實(shí)驗(yàn)的英文縮寫，以下簡(jiǎn)稱LHCf）――的規(guī)模就要小得多。它們的焦點(diǎn)集中在“前行粒子”（質(zhì)子或者重離子）身上。在粒子束發(fā)生碰撞時(shí)，這些粒子只是擦肩而過，而不是正面相撞。

ATLAS、CMS、ALICE和LHCb探測(cè)器安裝在4個(gè)地下巨洞，分布在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)周圍。TOTEM實(shí)驗(yàn)用到的探測(cè)器位于CMS探測(cè)器附近，LHCf實(shí)驗(yàn)用到的探測(cè)器則位于ATLAS探測(cè)器附近。

大型離子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)

為了進(jìn)行大型離子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將讓鉛離子進(jìn)行對(duì)撞，在實(shí)驗(yàn)室條件下重建“大爆炸”之后的宇宙初期形態(tài)。獲得的數(shù)據(jù)將允許物理學(xué)家研究夸克-膠子等離子體的性質(zhì)和狀態(tài)，這種物質(zhì)據(jù)信在“大爆炸”發(fā)生后只存在很短時(shí)間。

宇宙的所有普通物質(zhì)都是由原子構(gòu)成，每個(gè)原子擁有一個(gè)由質(zhì)子和中子構(gòu)成的核子，核子周圍環(huán)繞著電子。質(zhì)子和中子都是被稱之為“膠子”的其它粒子束縛夸克形成的。這種不可思議的強(qiáng)大束縛意味著，獨(dú)立的夸克是永遠(yuǎn)也不會(huì)被發(fā)現(xiàn)的。

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)上演撞擊時(shí)產(chǎn)生的高溫是太陽(yáng)內(nèi)部溫度的10萬倍。物理學(xué)家希望看到的是，質(zhì)子和中子會(huì)在這種高溫條件下“熔化”，并釋放被膠子束縛的夸克。這么做將創(chuàng)造夸克-膠子等離子體，它們可能只存在于“大爆炸”之后，當(dāng)時(shí)的宇宙仍處在極度高溫之下。科學(xué)家計(jì)劃在夸克-膠子等離子體膨脹和冷卻過程中對(duì)其進(jìn)行研究，觀察它如何形成最終構(gòu)成當(dāng)前宇宙物質(zhì)的粒子。

共有來自28個(gè)國(guó)家的94個(gè)研究機(jī)構(gòu)的1000多名科學(xué)家參與ALICE實(shí)驗(yàn)。

ALICE探測(cè)器相關(guān)資料

尺寸：長(zhǎng)26米，高16米，寬16米

重量：1萬公噸

位置：法國(guó)小鎮(zhèn)圣吉利斯-珀利(StGenis-Pouilly）。

超環(huán)面儀器實(shí)驗(yàn)

超環(huán)面儀器實(shí)驗(yàn)ATLAS是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)兩個(gè)通用探測(cè)器中的一個(gè)。此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)涉及到物理學(xué)的很多領(lǐng)域，包括尋找希格斯玻色子、額外維度以及構(gòu)成暗物質(zhì)的粒子。與CMS的實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊粯?，ATLAS也將記錄與撞擊時(shí)產(chǎn)生的粒子有關(guān)的類似數(shù)據(jù)，即它們的路徑、能量以及特性等等。雖然實(shí)驗(yàn)?zāi)康南嗤?，但ATLAS和CMS探測(cè)器的磁鐵系統(tǒng)卻采用了完全不同的技術(shù)和設(shè)計(jì)。

ATLAS探測(cè)器巨大的圓環(huán)形磁鐵系統(tǒng)是它的主要特征。這一系統(tǒng)由8個(gè)25米長(zhǎng)的超導(dǎo)磁鐵線圈組成。磁鐵線圈分布在貫穿探測(cè)器中心的粒子束管周圍，形成一個(gè)“圓筒”。實(shí)驗(yàn)過程中，磁場(chǎng)將被包含在線圈分離出的中央柱形空間內(nèi)。

共有來自37個(gè)國(guó)家的159個(gè)研究機(jī)構(gòu)的1700多名科學(xué)家參與ATLAS實(shí)驗(yàn)。

ATLAS探測(cè)器相關(guān)資料

尺寸：長(zhǎng)46米，高25米，寬25米，是迄今為止制造的個(gè)頭最大的粒子探測(cè)器。

重量：7000公噸

位置：瑞士梅林(Meyrin)

緊湊渺子線圈實(shí)驗(yàn)

CMS實(shí)驗(yàn)利用一個(gè)通用探測(cè)器，對(duì)物理學(xué)的很多領(lǐng)域進(jìn)行研究，包括尋找希格斯玻色子、額外維度以及構(gòu)成暗物質(zhì)的粒子。雖然實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐cATLAS相同，但這個(gè)探測(cè)器的磁鐵系統(tǒng)卻采用了完全不同的技術(shù)和設(shè)計(jì)。

CMS探測(cè)器是在一個(gè)巨型螺管式磁鐵基礎(chǔ)上建成的。它采用圓柱形超導(dǎo)電纜線圈，可產(chǎn)生4特斯拉的磁場(chǎng)，相當(dāng)于地球磁場(chǎng)的10萬倍。這個(gè)巨大磁場(chǎng)受一個(gè)“鐵軛”限制――探測(cè)器1.25萬公噸的重量大部分來自“鐵軛”。與大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的其它巨型探測(cè)器有所不同的是，CMS探測(cè)器并不是在地下建造，而是選在地上，后分成15個(gè)部分被運(yùn)至地下，最后完成組裝，這也算得上它的一大特色。

共有來自37個(gè)國(guó)家的155個(gè)研究機(jī)構(gòu)的2000多名科學(xué)家參與CMS實(shí)驗(yàn)。

CMS探測(cè)器相關(guān)資料

尺寸：長(zhǎng)21米，寬15米，高15米

重量：1.25萬公噸

位置：法國(guó)塞希(Cessy）。

LHC底夸克探測(cè)器（LHCb）

LHCb實(shí)驗(yàn)將有助于我們理解人類為何生活在一個(gè)幾乎完全由物質(zhì)而非反物質(zhì)構(gòu)成的宇宙。它通過研究一種稱為“美夸克”（beauty quark）的粒子，專門對(duì)物質(zhì)和反物質(zhì)之間的微妙差異展開調(diào)查。LHCb實(shí)驗(yàn)不是將整個(gè)撞擊點(diǎn)同密封探測(cè)器圍起來，而是使用一系列子探測(cè)器去主要探測(cè)前行粒子(forward particle）。第一個(gè)子探測(cè)器將安裝到撞擊點(diǎn)附近，而接下來的幾個(gè)將會(huì)一個(gè)挨一個(gè)安裝，它們的長(zhǎng)度都超過20米。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將創(chuàng)造出大量不同類型的夸克，然后它們將快速蛻變?yōu)槠渌愋?。為捕捉到“美夸克”，LHCb項(xiàng)目小組已開發(fā)出先進(jìn)的可移動(dòng)跟蹤探測(cè)器，并安裝在圍繞于大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)周圍的光束路徑附近。LHCb項(xiàng)目小組由來自13個(gè)國(guó)家48所研究機(jī)構(gòu)的650位科學(xué)家組成。

LHC底夸克探測(cè)器相關(guān)資料

尺寸：長(zhǎng)21米，高10米，寬13米

重量：5600噸

設(shè)計(jì)：具有平面探測(cè)器的前向接受譜儀

地點(diǎn)：法國(guó)費(fèi)爾奈-伏爾泰

全截面彈性散射探測(cè)器

全截面彈性散射探測(cè)器實(shí)驗(yàn)研究前行粒子，以重點(diǎn)分析普通實(shí)驗(yàn)難以獲得的物理學(xué)原理。在一系列研究中，它將測(cè)量質(zhì)子大小，還將準(zhǔn)確監(jiān)控大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的光度。想要做到這一點(diǎn)，全截面彈性散射探測(cè)器就必須要捕捉到距大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)光束非常近的距離產(chǎn)生的粒子。它由一組安放在稱為“羅馬罐”（Romanpot）的特制真空室的探測(cè)器組成。

“羅馬罐”同大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的光束管道相連。8個(gè)“羅馬罐”將被一對(duì)一對(duì)地置于CMS實(shí)驗(yàn)撞擊點(diǎn)附近的四個(gè)地點(diǎn)。盡管從科學(xué)意義上講這兩次實(shí)驗(yàn)是獨(dú)立的，但TOTEM實(shí)驗(yàn)將是CMS探測(cè)器和其他大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)所獲結(jié)果的有力補(bǔ)充。來自8個(gè)國(guó)家10所研究機(jī)構(gòu)的50位科學(xué)家將參與TOTEM實(shí)驗(yàn)。

全截面彈性散射探測(cè)器相關(guān)資料

尺寸：長(zhǎng)440米，高5米，寬5米

重量：20噸

設(shè)計(jì)：“羅馬罐”，GEM探測(cè)器和陰極條感應(yīng)室

地點(diǎn)：法國(guó)塞斯（位于CMS附近）

LHCf探測(cè)器

LHCf實(shí)驗(yàn)將用于研究大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的前行粒子，作為在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下模擬宇宙射線的來源。宇宙射線是自然產(chǎn)生于外太空的帶電粒子，不斷轟擊地球大氣層。它們?cè)诟邔哟髿馀c核子相撞，產(chǎn)生一連串到達(dá)地面的粒子。研究大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)部撞擊如何引起類似的粒子串有助于科學(xué)家

解釋和校準(zhǔn)大規(guī)模宇宙射線實(shí)驗(yàn)，這種實(shí)驗(yàn)會(huì)復(fù)蓋數(shù)千公里的范圍。來自4個(gè)國(guó)家10所研究機(jī)構(gòu)的22位科學(xué)家將參與LHCf實(shí)驗(yàn)。

LHCf探測(cè)器相關(guān)資料

尺寸：兩個(gè)探測(cè)器，每個(gè)長(zhǎng)30厘米，高80厘米，寬13厘米

重量：每個(gè)重40公斤

地點(diǎn)：瑞士梅林（位于ATLAS附近）

粒子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)

2015年3月26日，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，在中斷了兩年之后，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)終于準(zhǔn)備再次啟動(dòng)，進(jìn)行能量更強(qiáng)的粒子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)本應(yīng)于本周開始，然而由于上周六剛剛發(fā)現(xiàn)的一起短路故障，這一計(jì)劃不得不向后推遲。

歐洲強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)_大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) -技術(shù)改進(jìn)

升級(jí)計(jì)劃

有提議在十年內(nèi)LHC需要作一個(gè)硬件性能的提升。

認(rèn)為L(zhǎng)HC需要作基本上硬件的修改以提升它的亮度（單位截面碰撞發(fā)生的頻率）。理想中LHC升級(jí)的途徑將是包含增加粒子束的流量，以及修改兩個(gè)需要高亮度的區(qū)域：ATLAS與CMS這兩個(gè)偵測(cè)器來配合。下一代超大型強(qiáng)子對(duì)撞器的入射能量需增加到1 TeV，因此前置入射裝置也需作一個(gè)升級(jí)的動(dòng)作，特別是在于超級(jí)質(zhì)子同步加速器的部分。

分布計(jì)算

LHC@Home是一個(gè)分布式計(jì)算的計(jì)劃，用來支持LHC興建與校正之用。這個(gè)計(jì)劃是使用BOINC平臺(tái)，來模擬粒子如何在加速器隧道中運(yùn)行。有了這項(xiàng)資訊，科學(xué)家便可以決定如何放置磁鐵與調(diào)整功率，來達(dá)到加速軌道運(yùn)行的穩(wěn)定。安全考量在美國(guó)RHIC開始實(shí)驗(yàn)之時(shí)，同時(shí)包含內(nèi)部的研究者與其他外部的科學(xué)家，都有擔(dān)心類似的實(shí)驗(yàn)可能會(huì)引發(fā)理論上的一些災(zāi)難，甚至摧毀地球或是整個(gè)宇宙：創(chuàng)造出一個(gè)穩(wěn)定的黑洞；創(chuàng)造出比一般物質(zhì)更穩(wěn)定的奇異物質(zhì)（構(gòu)成假說中的奇異星的物質(zhì)）吸收掉所有一般物質(zhì)；創(chuàng)造出磁單極促成質(zhì)子衰變?cè)斐闪孔恿W(xué)真空態(tài)的相變到另一個(gè)未知的相態(tài)。RHIC與CERN都有進(jìn)行了一些研究調(diào)查，檢視是否有可能產(chǎn)生例如微黑洞，微小的奇異物質(zhì)（奇異微子）或是磁單極等危險(xiǎn)的事件。這份報(bào)告認(rèn)為“我們找不到任何可以證實(shí)的危害”例如，除非某個(gè)未經(jīng)證實(shí)的理論是對(duì)的，否則是不可能產(chǎn)生出微小黑洞的。即使真的有微黑洞產(chǎn)生了，預(yù)期會(huì)透過霍金輻射的機(jī)制，很快就會(huì)蒸發(fā)消失，所以會(huì)是無害的。而認(rèn)為即使像LHC這樣高能量的加速器的安全性，最有力的論點(diǎn)在于一個(gè)簡(jiǎn)單的事實(shí)：宇宙射線的能量是比起LHC來要高出非常多數(shù)量級(jí)的，太陽(yáng)系星體從形成這么多年下來，都不斷地被宇宙射線轟擊。既沒有產(chǎn)生出微黑洞，微小的奇異物質(zhì)或是磁單極來，太陽(yáng)、地球和月球也都沒有因此而被摧毀。然而，仍有一些人還是對(duì)LHC的安全性有疑慮：像是這一個(gè)有著許多新的，未經(jīng)測(cè)試過的實(shí)驗(yàn)，是沒有辦法完全保證說上述的情況不會(huì)發(fā)生。JohnNelson在伯明翰大學(xué)談到RHIC說“這是非常不可能會(huì)有危害的-但是我無法百分之百保證。”另外在學(xué)術(shù)界，對(duì)于霍金輻射是否是正確的，也是有一些疑問。RHIC自2000年運(yùn)作后，都沒有有產(chǎn)生可以摧毀地球的物質(zhì)的跡象。

歐洲強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)_大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) -經(jīng)費(fèi)支出

LHC

的建造經(jīng)費(fèi)最初是1995年通過的一筆26億瑞朗，另有一筆兩億一千萬元瑞朗的經(jīng)費(fèi)作為實(shí)驗(yàn)之用。然而，經(jīng)費(fèi)超支。在2001年的一次主要審核預(yù)期，將需增加四億八千萬元瑞朗在加速器的建造，與五千萬元瑞朗的支出在實(shí)驗(yàn)運(yùn)作上。同時(shí)，由于CERN年度預(yù)算的縮減，LHC的完工日期由2005年延后到2007年四月，以使用更多年度預(yù)算來支付。其中增加的一億八千萬元瑞朗，在于超導(dǎo)磁鐵的制造上。另外，尚有在興建放置CMS的地下洞穴時(shí)，遭遇到工程技術(shù)上的困難。預(yù)期的建造總額約為八十億元美金。

歐洲強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)_大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) -建設(shè)意義

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將兩束質(zhì)子分別加速到14TeV（14萬億電子伏特）的極高能量狀態(tài)，并使之對(duì)撞。其能量狀態(tài)可與宇宙大爆炸后不久的狀態(tài)相比。粒子物理學(xué)家將利用質(zhì)子碰撞后的產(chǎn)物探索物理現(xiàn)象，例如，尋找標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的希格斯粒子、探索超對(duì)稱、額外維等超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理。

或許有人會(huì)認(rèn)為，像高能物理學(xué)領(lǐng)域高深的理論研究與我們的日常生活沒關(guān)系，花費(fèi)數(shù)十億美元有些不值得。100多年前，愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了質(zhì)能方程，那就是質(zhì)量與能量可以互相轉(zhuǎn)化。許多人也認(rèn)為這個(gè)方程毫無用處。但是，以這種理論指導(dǎo)而研制出來的原子彈，讓人們見識(shí)了高能物理的可怕之處。隨后，核能用于發(fā)電，又讓人們認(rèn)識(shí)到質(zhì)能方程真正改善了我們的生活。

LHC可以使人類的科學(xué)技術(shù)邁進(jìn)一大步。例如，反物質(zhì)的形成與合成將變得可能。尋找到反物質(zhì)及其合成方法，將有可能解決我們的能源危機(jī)問題，并且成為太空旅行和星際旅行的首選燃料。反物質(zhì)擁有難以置信的力量，僅僅是少量的反物質(zhì)，其與物質(zhì)湮滅所產(chǎn)生的能量就可以與幾百萬噸當(dāng)量的核彈相提并論。（物質(zhì)與反物質(zhì)的湮滅質(zhì)能轉(zhuǎn)化率為100%，是核彈的幾十倍。）將來有一天，不但人類可以乘坐反物質(zhì)推動(dòng)的飛船遨游太空，家里的電器使用的電能也將來自反物質(zhì)發(fā)電廠。

此外，在建造這個(gè)大型實(shí)驗(yàn)裝置的過程中，科學(xué)家已經(jīng)獲得了許多科研成果，已經(jīng)改善了我們的生活。比如，我們今天常用的互聯(lián)網(wǎng)最初就是歐洲核子研究中心的科學(xué)家為了解決數(shù)據(jù)傳輸問題而發(fā)明的。另外，強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)還將帶來一些意想不到的科研成果，譬如改進(jìn)癌癥治療、摧毀核廢料的方法以及幫助科學(xué)家研究氣候變化等?，F(xiàn)有的放射療法可能會(huì)在殺死癌細(xì)胞的同時(shí)傷害周圍的健康組織，對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的高能粒子束能夠?qū)⑦@種傷害降到最低，因?yàn)樗鼈兡軌虼┻^健康組織，只對(duì)腫瘤發(fā)揮作用。一些氣象學(xué)家表示，如果發(fā)現(xiàn)高能粒子束促成了云的形成，人們將來可以通過控制宇宙射線來改變氣候。

歐洲強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)_大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) -獲得榮譽(yù)

世界上最大的機(jī)器

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的精確周長(zhǎng)是2.6659萬米，內(nèi)部總共有9300個(gè)磁體。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)不僅是世界上最大的粒子加速器，而且僅它的制冷分配系統(tǒng)（cryogenic distribution system）的八分之一，就稱得上是世界上最大的制冷機(jī)。制冷分配系統(tǒng)在充滿近60噸液態(tài)氦，將所有磁體都冷卻到零下271.3℃（1.9開氏度）前，它將先利用1.008萬噸液態(tài)氮將這些磁體的溫度降低到零下193.2℃。

世界上最快的跑道

功率達(dá)到最大時(shí)，數(shù)萬億個(gè)質(zhì)子將在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)周圍的加速器環(huán)內(nèi)以每秒1.1245萬次的頻率急速穿行，它們的速度是光速的99.9999991%。兩束質(zhì)子束分別以70000億電子伏特的最大功率相向而行，在功率達(dá)到140000億電子伏特時(shí)發(fā)生碰撞。每秒總共能發(fā)生大約6億次撞擊。

太陽(yáng)系中最空的空間

為了避免加速器中的粒子束與空氣分子相撞

，這些粒子束在像行星間的空間一樣空蕩的超真空環(huán)境中穿行。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的內(nèi)壓是10^（-13）（10的負(fù)13次方）個(gè)大氣壓，比月球上的壓力小10倍。

銀河系最熱點(diǎn)

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是一個(gè)極熱和極冷并存的機(jī)器。當(dāng)兩束質(zhì)子束相撞時(shí)，它們將在一個(gè)極小的空間內(nèi)產(chǎn)生比太陽(yáng)中心熱10萬倍的高溫。與之相比，促使超流體氦在加速器環(huán)周圍循環(huán)的制冷分配系統(tǒng)，讓大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)保持在零下271.3℃（1.9開氏度）的超低溫環(huán)境下，這個(gè)溫度比外太空的溫度還低。

史上最先進(jìn)的探測(cè)器

為了抽樣檢查和記錄每秒多達(dá)6億次的質(zhì)子相撞結(jié)果，物理學(xué)家和工程師已經(jīng)制造了測(cè)量粒子的精確度是微米的龐大儀器。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的探測(cè)器擁有先進(jìn)的電子觸發(fā)系統(tǒng)，它測(cè)量粒子經(jīng)過時(shí)所用時(shí)間的精確度，大約是十億分之一秒。這個(gè)觸發(fā)系統(tǒng)在確定粒子的位置時(shí)，精確度可達(dá)百萬分之一米。這種令人難以置信的快速和精確反應(yīng)，是確保一個(gè)探測(cè)器連續(xù)層內(nèi)記錄的粒子保持一致的基礎(chǔ)。

世界最強(qiáng)大計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

記錄大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)進(jìn)行的每項(xiàng)大試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，每年大約足夠刻10億張雙面DVD光盤。據(jù)估計(jì)，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的壽命是15年。為了讓世界各地的數(shù)千名科學(xué)家在未來15年內(nèi)通力合作，分析這些數(shù)據(jù)，分布在世界各地的好幾萬臺(tái)電腦將利用一種被稱作網(wǎng)格的分散式計(jì)算網(wǎng)（distributed computing network）實(shí)施研究工作。

世界各地的數(shù)千名科學(xué)家都希望了解并分析這些數(shù)據(jù)。為了解決這個(gè)問題，目前歐洲粒子物理研究所（CERN）正在建一個(gè)分散的計(jì)算和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)施――大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)計(jì)算網(wǎng)格（LCG）。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，將通過歐洲粒子物理研究所記錄在磁帶進(jìn)行原始文件備份后，再分發(fā)到世界各地。經(jīng)過初始加工，這種數(shù)據(jù)將被傳送到可為大量數(shù)據(jù)提供充足儲(chǔ)存空間的一系列大型計(jì)算機(jī)中心，這些計(jì)算機(jī)中心一天二十四小時(shí)不停地為大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)計(jì)算網(wǎng)格提供服務(wù)。

中國(guó)臺(tái)灣也參與其中，負(fù)責(zé)其中兩項(xiàng)重要系統(tǒng)的研發(fā)，并處理龐大實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。亞洲唯一的電腦中心就設(shè)在臺(tái)灣的中研院。這次臺(tái)灣約有40名科學(xué)家參與這項(xiàng)國(guó)際實(shí)驗(yàn)，負(fù)責(zé)世界上最大與最重的偵測(cè)器研發(fā)，而且處理龐大實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所倚賴的「網(wǎng)格電腦」就設(shè)在臺(tái)灣的中研院。

經(jīng)過這些計(jì)算機(jī)中心的處理，其他設(shè)備就可使用這些數(shù)據(jù)了，其他的設(shè)備每個(gè)都有一個(gè)或幾個(gè)實(shí)施特殊分析任務(wù)的聯(lián)合計(jì)算機(jī)中心組成。當(dāng)個(gè)科學(xué)家可通過大學(xué)部門的局域網(wǎng)或個(gè)人電腦了解這些設(shè)備，這些人可能會(huì)經(jīng)常查看大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)計(jì)算網(wǎng)格。

歐洲強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)_大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) -模擬現(xiàn)象

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）產(chǎn)生的能量是其他粒子加速器以前都無法達(dá)到的，但是自然界中的宇宙光相撞產(chǎn)生了更高的能量。多年來，這種高能粒子相撞產(chǎn)生的能量的安全性問題，一直備受關(guān)注。據(jù)新實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和對(duì)相關(guān)理論的新認(rèn)識(shí)顯示，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)安全評(píng)估團(tuán)（LSAG）已經(jīng)重新校正了該團(tuán)在2003年做出的一份調(diào)查分析。這個(gè)安全評(píng)估團(tuán)由中立派科學(xué)家組成。

2003年，有關(guān)報(bào)告稱大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)碰撞不存在風(fēng)險(xiǎn)，因此沒理由對(duì)安全問題過多關(guān)注?，F(xiàn)在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)安全評(píng)估團(tuán)對(duì)這些結(jié)論進(jìn)行了重新審定和補(bǔ)充。不管大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將要做什么，自然界在地球和其他天體的一生中，已經(jīng)這樣做了很多次。歐洲粒子物理研究所科學(xué)政策委員會(huì)（CERN's Scientific Policy Committee）已經(jīng)重新審查了大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)安全評(píng)估團(tuán)的報(bào)告，并對(duì)該團(tuán)的觀點(diǎn)表示贊成。歐洲粒子物理研究所科學(xué)政策委員會(huì)是由為歐洲粒子物理研究所的主管團(tuán)體――董事會(huì)提建議的院外科學(xué)家組成。歐洲粒子物理研究所總結(jié)出的主要論據(jù)，可支持大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)安全評(píng)估團(tuán)的論文觀點(diǎn)。任何對(duì)更多細(xì)節(jié)感興趣的人，都被鼓勵(lì)直接商討這個(gè)問題和它涉及的技術(shù)科學(xué)論文。

宇宙射線

跟其他粒子加速器一樣，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)在受控實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中重新再現(xiàn)了宇宙射線的自然現(xiàn)象，這使科學(xué)家能對(duì)宇宙射線進(jìn)行更加詳細(xì)的研究。宇宙射線是外層空間產(chǎn)生的粒子，其中一些粒子通過加速，產(chǎn)生的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的能量。在大約70年的實(shí)驗(yàn)中，宇宙射線傳播到地球大氣層的能量及速度都已經(jīng)被監(jiān)測(cè)到。在過去的數(shù)十億年間，地球上的自然界內(nèi)發(fā)生的粒子撞擊次數(shù)，已經(jīng)相當(dāng)于大約100萬次大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)，可是至今地球仍然存在。天文學(xué)家在宇宙中觀測(cè)到大量體積更大的天體，它們都受到宇宙射線轟擊。宇宙的運(yùn)行情況，就如同像大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)一樣的實(shí)驗(yàn)每秒運(yùn)行超過數(shù)百億次。任何危險(xiǎn)結(jié)果的可能性與天文學(xué)家看到的現(xiàn)實(shí)相矛盾，因?yàn)橹两窈阈呛托窍等匀淮嬖凇?/p>

微型黑洞

當(dāng)比我們的太陽(yáng)更大的特定恒星在生命最后階段發(fā)生爆炸時(shí)，自然界就會(huì)形成黑洞。它們將大量物質(zhì)濃縮在非常小的空間內(nèi)。假設(shè)在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)的質(zhì)子相撞產(chǎn)生粒子的過程中，形成了微小黑洞，每個(gè)質(zhì)子擁有的能量可跟一只飛行中的蚊子相當(dāng)。天文學(xué)上的黑洞比大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)能產(chǎn)生的任何東西的質(zhì)量更重。據(jù)愛因斯坦的相對(duì)論描述的重力性質(zhì)，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)不可能產(chǎn)生微小黑洞。然而一些純理論預(yù)言大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)能產(chǎn)生這種粒子產(chǎn)品。所有這些理論都預(yù)測(cè)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的此類粒子會(huì)立刻分解。因此它產(chǎn)生的黑洞將沒時(shí)間濃縮物質(zhì)，產(chǎn)生肉眼可見的結(jié)果。

雖然穩(wěn)定的微小黑洞理論站不住腳，但是研究宇宙射線產(chǎn)生的微小黑洞結(jié)果顯示，它們沒有危害。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)發(fā)生的撞擊，與地球等天體和宇宙射線發(fā)生碰撞不同，在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)的碰撞過程中產(chǎn)生的新粒子，一般比宇宙射線產(chǎn)生的粒子的運(yùn)行速度更加緩慢。穩(wěn)定的黑洞不是帶電，就是呈中性。不管是宇宙射線產(chǎn)生的粒子，還是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的粒子，如果它們帶電，它們就能與普通物質(zhì)結(jié)合，這個(gè)過程在粒子穿越地球時(shí)會(huì)停止。地球依然存在的事實(shí)，排除了宇宙射線或大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)可產(chǎn)生帶電且危險(xiǎn)的微小黑洞的可能性。如果穩(wěn)定的微小黑洞不帶電，它們與地球之間的互動(dòng)將非常微弱。宇宙射線產(chǎn)生的那些黑洞可以在不對(duì)地球造成任何危害的情況下穿過它，進(jìn)入太空，因此由大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的那些黑洞也可繼續(xù)停留在地球上。然而，宇宙中有比地球更大更密集的天體。宇宙射線與中子星或白矮星等天體相撞產(chǎn)生的黑洞可處于休眠狀態(tài)。地球等這種致密體繼續(xù)存在的事實(shí)，排除了大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生任何危險(xiǎn)黑洞的可能性。

奇異微子

奇異微子是針對(duì)一種假設(shè)的微小“奇異物質(zhì)”產(chǎn)生的術(shù)語，奇異物質(zhì)包含幾乎與奇異夸克數(shù)量一樣的粒子。根據(jù)理論成分最高的研究顯示，奇異微子在一百萬分之一千秒內(nèi)，能轉(zhuǎn)變成普通物質(zhì)。但是奇異微子能否與普通物質(zhì)結(jié)合，變成奇異物質(zhì)？2000年相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)(RHIC）在美國(guó)第一次出現(xiàn)時(shí)，人們提出了這個(gè)問題。當(dāng)時(shí)的一項(xiàng)研究顯示，人們沒有理由關(guān)注這個(gè)問題，現(xiàn)在相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)已經(jīng)運(yùn)行8年，它一直在尋找奇異微子，但是至今仍一無所獲。有時(shí)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)就像相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)一樣，需要通過重核子束運(yùn)轉(zhuǎn)。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的光束擁有的能量將比相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)的光束擁有的能量更多，但是這種情況使奇異微子形成的可能性更小。就像冰不能在熱水中形成一樣，像這種對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的高溫，很難讓奇異物質(zhì)結(jié)合在一起。另外，夸克在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中比在相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)中更加微弱，這使它很難聚集奇異物質(zhì)。因此在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)產(chǎn)生奇異微子的可能性，比在相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)內(nèi)更小。這個(gè)結(jié)果已經(jīng)證實(shí)奇異微子不會(huì)產(chǎn)生的論點(diǎn)。

真空泡沫

曾有推測(cè)認(rèn)為，現(xiàn)在宇宙沒處在它最穩(wěn)定的狀態(tài)，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的微擾將能讓它進(jìn)入更加穩(wěn)定的狀態(tài)，這種狀態(tài)被稱作真空泡沫，在這種狀態(tài)下人類將不復(fù)存在。如果大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)確實(shí)能做到這些，難道宇宙射線碰撞就無法達(dá)到這種效果嗎？由于目前在肉眼可見的宇宙中的任何地方都沒產(chǎn)生這種真空泡沫，因此大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將不能產(chǎn)生這種物質(zhì)。

磁單極子

磁單極子是假設(shè)中帶單極性磁荷的粒子，每個(gè)只擁有北極或南極。一些純理論指出，如果它們確實(shí)存在，磁單極子將導(dǎo)致質(zhì)子消失。這些理論還表示，這種磁單極子因?yàn)樘兀緹o法在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)產(chǎn)生。然而，如果磁單極子的重量足以在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)出現(xiàn)，宇宙射線撞擊地球大氣層早就該產(chǎn)生這種物質(zhì)了，如果它們確實(shí)存在，地球能非常有效地阻止并捕獲它們，現(xiàn)在人們應(yīng)該已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它們。地球和其他天體繼續(xù)存在的事實(shí)，排除了能吞噬質(zhì)子的危險(xiǎn)磁單極子的重量足夠輕，可以在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的可能性。

模擬爆炸

2010年11月8日，科學(xué)家們開始利用位于瑞士和法國(guó)邊境的歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)制造小型 “宇宙大爆炸”，模擬近140億年前宇宙形成的瞬間過程。

這是該機(jī)器第一次使用鉛離子進(jìn)行對(duì)撞，以往實(shí)驗(yàn)均使用質(zhì)子。鉛離子和質(zhì)子統(tǒng)稱“強(qiáng)子”，但前者比后者更大、更重。8日開始的實(shí)驗(yàn)取名為“愛麗絲”（ALICE），是“大強(qiáng)子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)”的英文縮寫。實(shí)驗(yàn)第一階段任務(wù)將于今年12月完成。

在全長(zhǎng)約27公里的環(huán)形軌道內(nèi)部，兩束鉛離子束流朝著相反的方向前進(jìn)，它們每運(yùn)行一圈，就會(huì)獲得更多的能量，速度也隨之增加。對(duì)撞瞬間產(chǎn)生的高溫相當(dāng)于太陽(yáng)核心溫度的10萬倍，即10萬億度。據(jù)信這個(gè)溫度就是137億年前宇宙大爆炸剛剛發(fā)生后百萬分之幾秒內(nèi)的溫度。在這一溫度下將產(chǎn)生“夸克―膠子等離子體”?，F(xiàn)有物理學(xué)理論認(rèn)為，宇宙誕生后的百萬分之幾秒內(nèi)，宇宙中曾存在過一種被稱為“夸克―膠子等離子體”的物質(zhì)?？茖W(xué)家們希望通過迷你“宇宙大爆炸”實(shí)驗(yàn)，解開宇宙形成之謎。

歐洲強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)_大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) -中國(guó)研發(fā)

2014年7月，中國(guó)北京高能物理研究所正在籌備一個(gè)兩倍于LHC的環(huán)形粒子對(duì)撞機(jī)。

中國(guó)將要修建的對(duì)撞機(jī)周長(zhǎng)達(dá)到了52公里，對(duì)撞能量高達(dá)70 TeV。按計(jì)劃，中國(guó)的對(duì)撞機(jī)將在初期階段只針對(duì)電子，且對(duì)撞能量?jī)H有能量240 GeV，而后期則逐漸開足馬力進(jìn)行質(zhì)子對(duì)撞。

預(yù)計(jì)中國(guó)的對(duì)撞機(jī)將在2028年投入使用，耗資30億美元，目前尚不清楚這是否是一個(gè)與國(guó)外同行攜手進(jìn)行的聯(lián)合項(xiàng)目。

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