欧洲大型强子对撞机(LHC)
林恩埃文斯
美国从上世纪90年代就已经开始建造一个粒子加速器——超导超级对撞机(SSC),不过1993年美国国会取消了这个项目。当时,一名议员提出一个问题:“我们能通过这种机器找到上帝吗?如果能,我将为它投上一票。”参加听证会的物理学家被镇住了,他们没有给出具有说服力的答案。为此,超导超级对撞项目被取消了。
15年后,欧洲建设了大型强子对撞机(LHC),重启碰撞实验,这次实验是人类历史上规模最大、最复杂的一次科学实验。
很多人对此担心,西方多家媒体头条标题都使用了“世界末日”这样耸人听闻的字眼。对此,科学家认为,谣言因无知而产生。
很多人甚至包括一些科学家都担心此次实验会出现一些“意料之外的东西”,甚至有人以“可能毁灭地球”为名,将碰撞实验的组织机构告上法庭。他们的担心主要有以下三点,对此,进行实验的科学家们逐条进行了解释:
一、微型黑洞说 有人担心,实验会形成微型黑洞,最终吞掉整个地球。黑洞是死亡恒星或爆炸气团的剩余物,它密度极高,引力极大,能够吞掉周围一切物质,连光也无法逃出去。它不让其边界以内的任何事物被外界看见,这就是这种物体被称为“黑洞”的缘故。
反驳物理学家们承认碰撞从理论上讲会产生微小黑洞,但这不会构成任何风险。欧洲核子研究中心说,实验可能产生的任何一个黑洞都将是非常微小的,它们实际上只有亚原子大小。如果大型强子对撞机运行一百年,这些粒子产生的所有能量甚至还不能点亮一盏电灯。研究人员还表示,“在地球上,大自然已经上演了相当于大约100万次类似的碰撞,但地球依然存在。”
研究人员还举了个形象的例子———猫科动物从凶猛的狮子到温顺的家猫,可以说是体形各异,大小不一。黑洞家族跟猫科动物一样,从超级黑洞,到非常微小的黑洞,这个家族也拥有个头不一的成员。
二、地球异变说 有科学家认为,夸克是比原子和质子还要小的物质,至少可分成上夸克、下夸克和奇异夸克三类。由三类夸克组成的物质,叫奇异夸克团,若奇异夸克团状态稳定,可能发生连锁效应,导致地球上所有原子核转变,让地球变成一堆热气腾腾、灰蒙蒙的黏性物质。大型强子对撞机可能产生夸克,所以必须要考虑这方面可能造成的灾难。
反驳 欧洲核子研究中心的科学家说,碰撞实验时的温度极高,三种夸克要组成奇异夸克团,就如同在热水内凝成冰块,绝对不可能。
三、“时间隧道”说 有俄罗斯科学家认为,质子高速相撞,会扭曲空间,形成“虫洞”,使原本相隔数10亿光年的距离,变成咫尺之间,人类可进行瞬间转移。澳大利亚广播公司报道称,有人担心,来自其他宇宙的生命可能会通过时空中的“虫洞”入侵地球。
反驳 时光旅行根本不可能发生,宇宙的真实存在证明了这一点。
多数人不以为然 对于这些可怕的猜想,普通民众究竟是怎么看的呢?大部分人的态度是不以为然,有网友在所谓“世界末日”报道的后面跟帖说:“那正好,刚开学就不用上课了。”还有网友甚至兴奋地期待能被对撞效果“甩”到其他维度的空间去看看。
策划实验者说不会爆炸 在幕后一手策划的大型强子对撞机(LHC)实验的是英国一位矿工的儿子,他承认自己从小就喜欢爆炸,但他表示此次实验绝对不会有意外。
林恩埃文斯博士63岁,他日前透露,他小时候曾在住宅里用化学装置制造过规模较小的爆炸,这激发了他对科学的热情。
中国投入数千万元参与实验 在大型强子对撞机上的4个大实验中,来自80多个国家和地区的7000多名科学家和工程师共同参与制造、维护和运行4个大探测器并进行数据分析。中国在这4个大实验中投资数千万元人民币并将参与物理分析。中国科学院高能物理研究所、北京大学、清华大学、中国原子能科学研究院、中国科技大学、南京大学、山东大学、华中师范大学和华中科技大学等科研院所和高校的科研人员参加了部分实验。
而据清华大学物理系教授邝宇平透露,LHC的4个探测器每个都有大量来自全世界的科学家参与研制,其中CMS和ATLAS两个探测器是最重要的,中国科学家主要参与这两个组的工作。虽然我国参与LHC的时间相对较晚,但探测器的部分结构是在我国制造完成的。对撞机的前期研制结束后,我国科学家也得以分享对撞期间的研究数据。除了定期前往欧洲核子研究中心参加会议,科学家们在国内就可以通过电脑网络获取撞击数据,不需要到实验现场。
北大专家访谈 实验有里程碑意义 北京大学物理学院钱思进教授昨日在位于日内瓦郊区的欧洲核子研究中心接受专访时表示:“这具有里程碑意义,为在前所未有的对撞能量下取得新发现奠定了基础。”
参与大型强子对撞机上CMS探测器建设的钱思进介绍说,大型强子对撞机的建造已历时十几年,难度很大,仅启动前的准备工作头绪就非常多。钱思进说,启动前主要是完成超导磁铁的冷却和质子束流的预加速,其中的最大难题,是将位于地下100米的27公里隧道中的数千根组成对撞机的大型超导磁铁冷却到零下271摄氏度。整个隧道分成等长的8段逐一冷却、通电并进行束流通过实验,每段冷却需要至少三四个星期,冷却后若在实验中出现任何问题又要升到室温排除故障,升温也需若干星期,一冷一热就要两三个月。尽管艰难,但经过不懈努力,所有磁铁最终于今年7月全部冷却成功。大型强子对撞机是世界上最大的冷却系统,共加注了1万吨液氮和130吨液氦,其中液氦用量约达世界年产量的1%。
质子束流预加速也是个复杂过程,对每一束质子束流,从地面到地下、在室温下从质子直线加速器、小环形加速器(周长100多米)、质子回旋加速器(周长600多米)到超级质子回旋加速器(周长约7公里)都必须进行由小到大的4级预加速。新华
为啥会瞎操心 源于对未知世界的恐惧 “世界末日说简直是一派胡言。”英国爱丁堡大学物理学教授凯文说。对于为什么人们会产生担心这种现象,美国《时代》杂志解释说,不光是物理学家的科学研究会引发人们激烈的甚至是非理性的恐惧心情,其他很多领域也经常出现人们对新生事物的恐惧心情:2000年时人们就出现了“千禧年恐慌”;当人们首次提出火车机车的设想时,一些工程师预测说这将会带来大灾难,因为人们的身体不能承受高速旅行;由于英语单词“vaccine”(疫苗)来源于拉丁语“cow”(奶牛),当对付天花的第一批疫苗投入使用时,人们担心注射后会变成奶牛。
中国高级工程师刘慈欣说,人类探索的脚步是无法阻止的,“害怕危险而把科学停滞下来,才是人类最大的危险。”
(责任编辑:陈国栋)