开启强子对撞机 模拟宇宙大爆炸(组图)

　　9月10日，欧洲核子研究中心的科学家在瑞士日内瓦附近的大型强子对撞机控制中心忙碌。经过十几年的建造，欧洲核子研究中心的大型强子对撞机当日正式启动，将第一束质子束流注入对撞机。新华社/法新

　　9月10日，在位于瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心的新闻中心，科学家观看电脑屏幕上的数据。新华社/法新

　　科学家10日在靠近法国和瑞士边境的地下实验室开启大型强子对撞机，由此开始高速粒子对撞系列实验。

　　如果成功，这一系列实验将模拟宇宙大爆炸发生时的状态，有助人类进一步探索宇宙起源之谜。

　　质子束流细如发丝

　　当地时间10日上午9时30分左右（北京时间10日下午30分左右），随着一束质子束流注入对撞机，实验正式启动。负责实验的欧洲核子研究中心发言人葆拉·凯特帕诺说：“质子束流粗细如同一根头发。”

　　这台对撞机是世界最大的粒子加速器，建于瑞士和法国边境地区地下100米深处的环形隧道中。

　　5秒钟后，实验项目位于日内瓦的控制室内电脑收到信号，显示实验进展顺利。

　　开足马力的对撞机能够确保数万亿粒子以高速流过将近27公里长的地下隧道，最高速度将近每秒钟30万公里，相当于光速的99．99％。以如此高速，质子束流每秒可在隧道内狂飙11245圈，单束能量达到7万亿电子伏特。

　　不过，10日实验注入对撞机的质子流运动速度相对较慢，每隔几公里为一段，在隧道中移动。这是为了检测所有设备是否运行正常，包括安装在隧道壁上为数不少的粒子探测器。

　　实验启动近一个小时后，两个白点在控制室的电脑屏幕上闪烁，显示质子束流已经沿隧道环绕一周。在场科学家欢呼鼓掌，庆祝第一束质子束流成功完成顺时针方向“首航”。

　　这以后，科学家将多次重复粒子加速测试，不断提高束流速度，尝试从顺时针和逆时针两个方向反复实验。

　　“真正的好结果是，另一束流从另一个方向过来，”欧洲核子研究中心首席发言人詹姆斯·吉利斯说：“只有当两个方向各有一支束流过来，你才知道确实没有阻碍，是开始工作的时候了。”

　　模拟宇宙大爆炸

　　一切就绪之后，科学家才会着手准备粒子高速对撞实验，继而再现宇宙大爆炸发生后万亿分之一秒内的情形。

　　着手粒子高速对撞实验之前，科学家会尝试从两个方向同时发射质子束流，以较低强度进行粒子对撞。

　　装置于隧道内的超导磁铁负责为发射自两端的质子束流“掌舵”，确保它们能够在隧道内密布粒子探测器的4个压缩室内相遇。“这就好像彼此瞄准的机关枪射出子弹，”物理学家丹尼尔·丹内格瑞解释说：“一些子弹会擦身而过，一些子弹会撞击在一起。”

　　图为2007年3月22日拍摄的大型强子对撞机部件的资料照片。 新华社/法新

　　图为2007年2月28日拍摄的大型强子对撞机部件的资料照片。新华社/法新

　　现阶段尚未确定进行粒子高速对撞实验的日期。吉利斯说，实验初始阶段将以较低速度、较小规模进行粒子对撞。“我们在能量较低时积累经验，熟悉机器性能后再进行对撞。”

　　据估计，粒子高速对撞实验最早有望在今年年底进行，最晚则可能在一年以后。届时，运行方向相反的两束高速质子束流将在隧道内对撞，碰撞点将释放巨大热量和能量，与宇宙大爆炸发生时的情况相仿，只是规模较小。

　　当前盛行的宇宙学观点认为，宇宙起源于大约150亿年前一次大爆炸。当时所有物质高度密集于硬币大小的一点，因为温度极高发生大爆炸。爆炸发生后，物质向外膨胀形成宇宙，先后诞生星系团、星系、银河系、恒星和太阳系，以及包括地球和人类在内的一切。

　　探寻“上帝粒子”

　　如果最后实验成功，科学家将分析撞击中产生的数百万粒子，求证希格斯玻色子的存在。

　　一旦粒子高速对撞成功，科学家将借助粒子检测器，在电脑显示器上观察撞击后的粒子如何聚拢在一起、各自散开或就此消融。

　　上述条件下，科学家们有望发现希格斯玻色子是否在。在粒子物理学标准模型预言的62种基本粒子中，只有希格斯玻色子迄今仍未“显形”，因此有“上帝粒子”之称。

　　这种粒子44年前据英国物理学家彼得·希格斯猜想提出，据信是物质质量之源以及电子和夸克等形成质量的基础。希格斯提出，其他粒子在希格斯玻色子构成的“海洋”中游弋，受它的作用产生惯性，最终有了质量。如果没有质量，宇宙大爆炸后产生的物质无法形成星云和行星，生命起源更无从谈起。

　　大型强子对撞机在今后10到15年内将持续进行实验，由此产生的大量粒子数据将交由全球各大学和研究机构的实验室分析。

　　这一项目的法国方面负责人罗伯特·艾马说：“无论实验带来什么发现，都将极大丰富人类对世界起源的认识。”

　　参与实验的物理学家丹内格瑞认为，实验的意义在于：“这关乎探寻人类的知识，关乎基本物质的运作方式。”

　　史上最大实验

　　大型强子对撞机项目由欧洲核子研究中心发起，所涉及的人力、物力、财力和规模堪称人类历史上最大规模物理实验。

　　大型强子对撞机的研究对象是微小的粒子，但这台机器本身却体积庞大，包括埋藏在地下100米深处的将近27公里长环形隧道。整个项目已经耗时将近20年，耗资数十亿美元。

　　来自80多个国家和地区的7000多名科学家参与了大型强子对撞机的相关实验项目。中国在相关实验中投资数千万元人民币并将参与物理分析。中国多个科研机构和多所大学的研究人员参加了部分实验。

　　实验开始前，一些人担心粒子高速对撞释放的巨大能量会导致“黑洞”产生，吞噬地球。欧洲核子研究中心否认有这种可能性。

　　这家机构的发言人吉利斯称，相关言论是“胡说”。他说，实验可能产生的最危险后果是质子束流在全速运转情况下失控，但即便如此也只会对强子对撞机造成损坏，在隧道上撞出几个坑。（袁原）

　　欧洲大型强子对撞机数据“之最”

　　自从1980年“大型强子对撞机（ＬＨＣ）”构想首度出现以来，历经近30年，这一“世界上最大机器”终于从梦想成为现实，10日投入运行，以下为与这台对撞机相关的数据“之最”：

　　1、世界上最大机器：“大型强子对撞机”不仅是世界上最大的粒子加速器，而且也是世界上最大的机器。它位于瑞士、法国边境地区的地下100米深的环形隧道中，隧道全长26．659公里。

　　2、地球上最快“轨道”：如果“开足马力”，数以百万计的粒子将在环形隧道内以每秒11245圈的速度“狂飙”，相当于光速的大约99．99％。

　　3、太阳系中最“空旷”场所：为避免粒子流与气体分子发生碰撞，粒子流在超高真空的“通道”内运行，其间如同星际空间一样“空旷”，气压仅为10的负13次方个标准大气压，相当于月球大气压的大约十分之一。

　　4、最热与最冷机器：大型强子对撞机是个既极端热又极端冷的机器。两束粒子流对撞时，碰撞点产生极端高温，可达到太阳中心温度的10万倍。而与之形成鲜明对比的是，由于采用超流体氦冷却等手段，对撞机中粒子运行的加速腔运行时的温度为零下271．3摄氏度，比遥远的太空还冷。

　　5、全球功能最强超级计算机系统：大型强子对撞机的每一项大型实验一年所获数据都可以刻满十万张双层ＤＶＤ。为分析这些数据，世界各地数以千计科学家参与之下，数万台计算机借助分布式计算网络联合运行，构成全球运算功能最强的超级计算机系统。