探秘世界最大强子对撞机

    美国电影《天使与魔鬼》改编自丹·布朗的同名悬疑小说，讲述了主人公罗伯特·兰登教授利用他在破译密码方面的知识，粉碎了一起企图利用“反物质”炸毁梵蒂冈城的阴谋。电影中能量极其强大的“反物质”是虚构的，但是它的制造机构——欧洲原子能研究中心却实际存在。一线记者带您前往领略虚构背后的现实科技风采。

实地参观 亲历备战

    欧洲原子能研究中心主任罗尔夫·霍伊尔日前宣布，在经过近两年停机维护和升级后，欧洲大型强子对撞机将于本月末正式开启第二阶段运行。本报记者近日应邀参观该中心大型强子对撞机。

    在来自中国科学院高能物理研究所的陈明水博士和来自葡萄牙的工程师、应用物理学家杰奥·罗德里克·安图纳斯博士的陪同下，记者经过严格的安检后，下降到地下约100米深处，实地参观了位于法国境内、日内瓦郊外法瑞边境交界处的欧洲原子能研究中心大型强子对撞机上的四个实验仪器之一“紧凑式缪子螺线管磁谱仪”（CMS）。

    此前，记者从欧洲原子能研究中心新闻处的朱莉女士口中已经得知，下周内（3月23日至29日），该中心拥有的世界上最大的加速器“大型强子对撞机”（LHC）将重新启动，开始第二轮为期2~3年的实验活动。

    乘坐电梯，只经过了65秒，就来到了地下88米深处，紧张备战的气氛迎面扑来。记者看到长度28.7米、直径15米、重1.4万吨的CMS探测器周围，所有工作人员都在认真、严肃地工作着。据已经在这里工作了8年的安图纳斯介绍，这个实验仪器一旦启动，每年只会在圣诞节期间停止运行2~3周，以便进行简单的检修维护。但仅仅是开启和关闭这个充满着电磁量能、强子量能器和超导磁铁的探测器，就要耗时一个月。关闭之后还需要5周的时间恢复到室温、去磁，才能让人看到目前的“安全非工作状态”。朱莉女士说，我们一行是启动前的最后一批参观者之一。实际上，我们参观时，CMS探测器的关闭过程已经开始。

安全第一 谨慎实验

    据在欧洲原子能研究中心从事科研工作的任忠良教授向记者介绍，2008年，运行中的大型强子对撞机曾发生过一次爆炸。后来经过一年多的停机修复，花费了5000万瑞郎的修理费，才得以继续成功运行三年，并于2012年发现了赋予宇宙万物以质量的希格斯玻色子。自2013年2月起，大型强子对撞机停机检修两年，加速器和探测器均进行了一系列的升级，现在终于迎来了重新启动的时刻。

    据悉，吸取了上次事故的教训，这次启动将循序渐进，逐渐提高能量，大型强子对撞机超导磁体最大电流将从8000安培逐渐增加到13000安培，而非一下子加满，这将产生高达84000高斯的磁场以控制能量高达7万亿电子伏特的两束质子束流进行对头碰撞，产生微观宇宙大爆炸，供粒子物理学家寻找暗物质粒子及许多其他的未知物理现象。在安全的前提下，争取实现最大的实验效果。

    任忠良是1988年从兰州大学被当时的国家教委选送到欧洲原子能研究中心工作，现在是该中心为数不多的中国籍研究人员之一，在大型强子对撞机四个实验仪器之一的超环面谱仪（ATLAS）国际合作组从事粒子物理研究。中国是超环面谱仪34个合作国家中的重要一员。

    欧洲原子能研究中心由12个欧洲国家（比利时、丹麦、德国、法国、希腊、意大利、挪威、瑞典、瑞士、荷兰、英国、南斯拉夫）联合创建于1954年。经过60年的发展，现在共有21个正式成员国（南斯拉夫后来退出，再加上奥地利、西班牙、葡萄牙、芬兰、波兰、匈牙利、捷克、斯洛伐克、保加利亚和以色列）、2个申请会员国（罗马尼亚、塞尔维亚）、7个准会员国（巴西、塞浦路斯、巴基斯坦、俄罗斯、斯洛文尼亚、土耳其、乌克兰），以及7个观察员国或机构（欧盟、印度、日本、俄罗斯、土耳其、联合国教科文组织、美国）。

耗资甚巨 确保先进

    据介绍，欧洲原子能研究中心每年用于运营整个加速系统的预算为8000万到一亿瑞士法郎。整个系统每小时耗电12万度，相当于日内瓦民用耗电量的二分之一。该中心目前是世界上国际化程度最高的同类研究机构，现任总干事罗尔夫·豪耶是德国人，是任忠良在德国海德堡大学的校友。

    该中心拥有在全球同类研究机构中最好的硬件，包含一个周长27公里、贯穿瑞士与法国边境的环形隧道，隧道内共建有四个大型探测器，分别是紧凑式缪子螺线管磁谱仪（CMS）、超环面谱仪（ATLAS）、大型强子对撞机底夸克探测器（LHCb）和大型离子对撞机实验（ALICE）。四个仪器随时监控记录数据，供科学家们分析使用。27公里的隧道从20世纪80年代从地下开挖，曾用于大型正负电子对撞机（LEP），而于2008年9月开始运行的大型强子对撞机则是目前世界上最大、对撞能量最高的粒子加速器。

    在加速器中，粒子被加速到接近在真空中的光速，可以模拟100多亿年前的宇宙大爆炸初期的状况。由于放射性、强磁场、真空、超低温（可达零下271摄氏度）、爆炸风险等原因，建在地下100米成为最好的选择。中心的科研硬件成本巨大。任忠良教授向记者介绍说，95米长、350吨重的超导磁体，每一根成本是100万瑞郎。大型强子对撞机上安装了1232根，加上其他几个加速器，总共有9600根。超环面谱仪（ATLAS）加速器长46米，直径25米，重7000吨，相当于埃菲尔铁塔的重量，建设成本是5.5亿瑞郎，而这只是大型强子对撞机的四个大型实验仪器之一。

    未来两至三年内，全世界的高能物理学家都会再次聚焦“大型强子对撞机”，其实验活动也有可能为人类生活带来巨大的改变。例如，有科学家正在攻关，使用高能量的质子及其他重离子束治疗癌症。如果成功，实现聚焦病变位置、准确摧毁肿瘤，这将彻底改变目前X射线放射性治疗癌症给病人带来的损害健康细胞的痛苦。

    在谈到目前被媒体炒作最多的“暗物质”话题时，任忠良教授说，反质子很难测到，正电子相对容易测到，但不能因为测到新的正电子，就证明了暗物质理论。正电子多出来了，有很多可能性，只有在同时测到新的反质子也多出来了，才能证明暗物质理论。（本报驻日内瓦记者 何农）