什么是大型强子对撞机？

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世界上最大的原子对撞机，大型强子对撞机，在法瑞边界下形成一个17英里长(27公里)的环。(图像：{Max MixiLee布莱斯/CERN)“KDSPs”大Hadron Collider(LHC)是现代粒子物理学的奇迹，它使研究者能够深入现实。它的起源可以追溯到1977年，当时欧洲核子研究组织(CERN)前主任约翰·亚当斯爵士(Sir John Adams)建议修建一条地下隧道，可以容纳能够达到极高能量的粒子加速器，根据物理学家Thomas Schórner Sadenius在2015年发表的一篇历史论文，

，该项目在20年后，即1997年正式获得批准，在一个16.5英里长(27公里)的环上开始了建设，这个环穿过法瑞边界，能够将粒子加速到光速的99.99%，并将它们粉碎在一起。在这个环内，9300块磁铁以每秒11245次的速度引导着两个相反方向的带电粒子包，最后将它们聚集在一起进行正面碰撞。该设施每秒能产生约6亿次碰撞，喷射出难以置信的能量，偶尔还会喷射出一种奇异的、从未见过的重粒子。大型强子对撞机的运行能量是先前保持记录的粒子加速器费米实验室在美国退役的Tevatron

“KDSP”的6.5倍。大型强子对撞机总共耗资80亿美元，其中5.31亿美元来自美国。来自60个不同国家的8000多名科学家合作进行了这项实验。加速器于2008年9月10日首次开启光束，碰撞粒子的强度仅为最初设计强度的千万分之一。

在开始运行前，有人担心新的原子粉碎机可能会破坏地球，可能是通过制造一个耗资巨大的黑洞。但任何一位著名的物理学家都会说，这种担心是没有根据的。

“大型强子对撞机是安全的，任何关于它可能带来风险的暗示都纯属虚构，”欧洲核子研究中心总干事罗伯特·艾玛过去曾对《生活科学》表示。

并不是说，如果使用不当，该设施不会有潜在的危害。如果你把手伸进光束中，光束将移动中的航空母舰的能量聚焦到小于一毫米的宽度，它会在光束中打一个洞，然后隧道中的辐射会杀死你。过去10年里，

的开创性研究

，大型强子对撞机的两个主要实验，ATLAS和CMS，分别操作和分析它们的数据。这是为了确保两种合作都不会影响对方，并确保每一种合作都对其姐妹实验提供检查。这些仪器已经产生了2000多篇关于基本粒子物理许多领域的科学论文。

2012年7月4日，科学界屏息凝望，大型强子对撞机的研究人员宣布发现希格斯玻色子，这是一个有着50年历史的理论，被称为标准物理模型的最后一块拼图。标准模型试图解释所有已知的粒子和力(重力除外)及其相互作用。早在1964年，英国物理学家彼得·希格斯(Peter Higgs)就曾写过一篇关于现在以他的名字命名的粒子的论文，解释了宇宙中质量是如何产生的。

希格斯粒子实际上是一个渗透到所有空间的场，并拖拽着穿过它的每一个粒子。有些粒子在磁场中跋涉得更慢，这与它们较大的质量相对应。希格斯玻色子正是这一领域的一个体现，物理学家们已经追求了半个世纪。大型强子对撞机是为了最终捕获这个难以捉摸的采石场而建造的。最终发现希格斯粒子的质量是质子的125倍，彼得·希格斯和比利时的理论物理学家Francois Englert在2013被授予诺贝尔奖以预测它的存在。ge强子对撞机是由一位3D艺术家创作的。束管表示为透明管，反向旋转的质子束显示为红色和蓝色。(Daniel Dominguez/CERN)

即使有希格斯粒子在手，物理学家也不能休息，因为标准模型仍然有一些洞。首先，它不涉及引力，而引力主要被爱因斯坦的相对论所涵盖。它也不能解释为什么宇宙是由物质而不是反物质构成的，而反物质应该在时间开始时以大致相等的数量被创造出来。它对暗物质和暗能量完全沉默，而暗物质和暗能量在它诞生之初还没有被发现。

在大型强子对撞机启动之前，许多研究人员都会说，下一个伟大的理论是一个被称为超对称的理论，它在所有已知粒子中添加了相似但质量更大的孪生伙伴。其中的一个或多个重伙伴可能是构成暗物质的粒子的完美候选者。而且，超对称开始控制重力，解释了为什么它比其他三种基本力弱得多。在希格斯粒子被发现之前，一些科学家希望玻色子最终会和标准模型预测的略有不同，暗示着新的物理学。

但是当希格斯粒子出现时，它是异常正常的，正好在标准模型所说的质量范围内。虽然这对于标准模型来说是一个伟大的成就，但它却让物理学家们没有任何好的线索可以继续下去。一些人已经开始谈论过去几十年来追逐的理论，这些理论在理论上听起来不错，但似乎与实际观察不符。许多人希望大型强子对撞机的下一次数据采集运行将有助于清理其中的一些混乱。

大型强子对撞机于2018年12月关闭，进行两年的升级和维修。当它重新上线时，它将能够在能量稍微增加的情况下粉碎原子，但每秒的碰撞次数是原来的两倍。到时候会发现什么，谁也猜不到。已经有人在谈论一种更强大的粒子加速器来取代它，它位于同一区域，但大小是大型强子对撞机的四倍。这个巨大的替代品可能需要20年和270亿美元来建造。

额外的资源：

对大型强子对撞机进行虚拟巡演。阅读更多关于欧洲核子研究中心的科学知识。看看这组希格斯粒子图像