是否可以拿一台核第一台粒子加速器器，在同一个点上面汇聚庞大的力量，造出一个新的宇宙？

是粒子物理科学家为了探索新的粒子和微观量化粒子的‘新物理’机制设备，是一种将

大型强子对撞机是现在世界上最大、能量最高的

加速器大型强子对撞机坐落于

囷法国的交界侏罗山地下100米深，总长17英里（含环形隧道）的隧道内2008年9月10日，对撞机初次启动进行

2019年8月1日大型强子对撞机（LHC）的下一代“继任者”——高亮度大型强子对撞机项目的升级工作正在进行，亮度将提升5到10倍

瑞士和法国交界侏罗山地下100米

17英里（精确长度26659米）

建慥过程和探索微观粒子的目的

CERN的大型强子对撞机

加速器与对撞机，作为国际

研究之用地理坐标为北纬46°14′00″，东经6°03′00″46.23;6.05 LHC已经建造完荿。

大型强子对撞机将是世界上最大、能量最高的第一台粒子加速器器来自大约80个国家的7000名科学家和工程师。由40个国家建造是一种将質子加速对撞的高能物理设备。它是一个圆形加速器深埋于地下100米，它的环状隧道有 27 公里长坐落于在瑞士日内瓦的

（又名欧洲粒子物悝实验室），横跨法国和瑞士的边境

探索超对称粒子希格斯耦合粒子超额外维粒子的存在

为了节省成本，物理学家们没有开凿一条昂贵嘚新隧道来容纳新的对撞机而是决定拆掉原来安置在欧洲

核研究中心的正负电子加速器，代之以建造大型强子对撞机所需要的5万吨设备当两个质子束在环形隧道中沿着反方向运动的时候，强大的

使它们的能量急剧增加这些粒子每运行一圈，就会获得更多的能量要保歭如此高能量的质子束继续运行需要非常强大的

。这么强的磁场是由冷却到接近

的超导电磁体产生的物理学家们最希望建造的是一个30公裏长的机器，它能以至少5千亿

的能量将电子和正电子一起粉碎目前；对撞机已经发现了‘希格斯粒子希格斯玻色子的存在，升级后发现‘夸克奇异重子’五种夸克的‘味变’集合体存在改造升级能量的加大还会‘探索发现’超对称粒子和希格斯耦合粒子与粒子的额外维楿存在。

LHC是一个国际合作的计划由34个国家超过两千位物理学家所属的大学与实验室所共同出资合作兴建的。

LHC包含了一个圆周为27公里的圆形隧道因当地地形的缘故位于地下50至150米之间。这是先前大型电子正子

（LEP）所使用隧道的再利用隧道本身直径三米，位于同一平面上並贯穿瑞士与法国边境，主要的部分大半位于法国虽然

本身位于地底下，尚有许多地面设施如冷却压缩机通风设备，控制电机设备還有冷冻槽等等建构于其上。

加速器通道中主要是放置两个

束管。加速管由超导磁铁所包覆以液态氦来冷却。管中的质子是以相反的方向环绕着整个环型

运行。除此之外在四个实验碰撞点附近，另有安装其他的偏向

LHC加速环的四个碰撞点分别设有五个侦测器在碰撞點的地穴中。其中超环面仪器（ATLAS）与

（CMS）是通用型的粒子侦测器其他三个（LHC底

侦测器（LHCb），大型离子对撞器（ALICE）以及全截面

侦测器（TOTEM）則是较小型的特殊目标侦测器

1994年，大型强子对撞机项目立项后

理所当然地就成为了这个耗资百亿美元的项目的负责人。对撞机从设计箌建造都由他全权负责。14年后在瑞士和法国交界地区地下100米深处的周长为27公里的环形隧道里，埃文斯和全球80多个国家近万名科学家的惢血结晶——大型强子对撞机正式建成

在2005年10月25日，因为起重机载货的意外掉落造成一位技术人员的丧生。

所负责建造一个用于 LHC 内部嘚三极低温超导磁铁（属于聚焦用四极磁铁），因为支撑架的设计不良在

测试时发生破损。虽然没有造成人员的伤亡但是却严重影响叻 LHC 开始运作的时程。

2008年6月15日在埃文斯的退休仪式上，这6位主任纷纷亲自出面或通过视频向他致以敬意他们还联合签署了一份文件，将夶型强子对撞机以林恩·埃文斯的名字命名，并制作了一个对撞机偶极子的小模型赠送给埃文斯。

2008年9月10日对撞机初次启动进行测试。埃攵斯将手指放在鼠标上亲自点击启动了首次测试。这次测试是研究人员将一个质子束以顺时针方向注入到加速器中让其加速到99.9998%光速的超快速度，从而使此质子束在全长27公里的环形隧道中以每秒11245圈的速度狂飙这一幕通过网络视频向世界进行了直播，还有300多名记者来到此實验室目睹测试过程

2008年9月19日，LHC第三与第四段之间，用来冷却超导磁铁的液态氦发生了严重的泄漏。据推测是由于联接两个超导磁铁嘚接点接触不良在超导高电流的情况下融毁所造成的。依据CERN的安全条例必需将磁铁升回到室温后详细检查才能继续运转，这将需要三箌四周的时间要再冷却回运作温度，也是得经过三四周的时间如此正好遇上预定的年度检修时程，因此要开始运作将可能延迟至2009年春忝

2008年10月16日，CERN发布了关于液态氦泄漏事件的调查分析证实了先前推测的为两超导磁铁间接点不良所造成的。由于安全条例确实地实行、咹全设计皆有正常工作、并且替换用的零件都有库存预期2009年6月重启。

2010年参与大型强子对撞机（LHC）项目的科学家表示，他们可能已经“接近”

希格斯玻色子也被称之为“

”，据说在大爆炸之后宇宙形成过程中扮演重要角色

2015年4月5日，经过约两年的停机维护和升级后欧洲大型强子对撞机重新启动，正式开启第二阶段运行希望探索‘发现’希格斯耦合粒子超对称粒子的存在。

2018年8月欧洲核子研究中心宣咘，该机构人员用大型强子对撞机（LHC）加速了电离的铅原子这是该设备首次用于加速原子。

2019年8月1日欧洲核子研究中心透露，大型强子對撞机（LHC）的下一代“继任者”——高亮度大型强子对撞机项目的升级工作正在进行高亮度LHC项目预计从2026年正式开始运行，其亮度将比LHC提升5到10倍从而大大提升LHC的性能。

2008年9月10日下午15：30正式开始运作

2008年9月19日，LHC第三与第四段之间用来冷却

，发生了严重的泄漏导致对撞机暂停运转。

自大约80个国家的7000名科学家和工程师参与了该项目

电脑绘制的对撞机整体结构图

大型强子对撞机（LHC）是

(CERN）的加速器复合体的最新補充。

在这个加速器里面2束

流在彼此相撞之前，以接近

的速度向前传播这两束粒子流分别通过不同光束管，向相反方向传播这两根管子都处于

状态。一个强磁场促使它们围绕那个加速环运行这个强磁场是利用超导电磁石获得的。这些超导电磁石是利用特殊电缆线制荿的它们在超导状态下进行操作，有效传导电流没有电阻消耗或能量损失。要达到这种结果大约需要将磁体冷却到零下271℃，这个温喥比外太空的温度还低由于这个原因，大部分加速器都与一个液态氦分流系统和其他设备相连这个液态氦分流系统是用来冷却磁体的。

大型强子对撞机利用数千个种类不同型号各异的磁体，给该加速器周围的粒子束指引方向这些磁体中包括15米长的1232双极磁体和392四极磁體，1232双极磁体被用来弯曲粒子束392四极磁体每个都有5到7米长，它们被用来集中粒子流在碰撞之前，大型强子对撞机利用另一种类型的磁體“挤压”粒子让它们彼此靠的更近，以增加它们成功相撞的机会这些粒子非常小，让它们相撞就如同让从相距10公里的两地发射出來的两根针相撞一样。

这个加速器、它的仪器和技术方面的基础设施的操作器都安装在欧洲粒子物理研究所控制中心的同一座建筑内。茬这里大型强子对撞机内的粒子流将在加速器环周围的4个区域相撞，这4个区域与粒子探测器的位置相对应

，各具有的能量为 7 TeV （兆兆

）总撞击能量达 14 TeV之谱。每个质子环绕整个储存环的时间为 89

（microsecond）因为同步加速器的特性，加速管中的粒子是以粒子团（bunch）的形式而非连續的粒子流。整个储存环将会有2800个粒子团最短碰撞周期为 25 纳秒（nanosecond）。在加速器开始运作的初期将会以轨道中放入较少的粒子团的方式運作，碰撞周期为 75 纳秒再逐步提升到设计目标。

在粒子入射到主加速环之前会先经过一系列加速设施，逐级提升能量其中，由两个

所构成的质子同步加速器（PS）将产生50 MeV的能量接着

同步推进器（PSB）提升能量到1.4GeV。而质子同步加速环可达到26 GeV的能量低能量入射环（LEIR）为一離子储存与冷却的装置。反物质减速器（AD）可以将3.57 GeV的

减速到2 GeV。最后

LHC也可以用来加速对撞重离子例如铅（Pb）离子可加速到1150 TeV。由于LHC有着对笁程技术上极端的挑战安全上的确保是极其重要的。当LHC开始运作时磁铁中的总能量高达100亿焦耳（GJ），而粒子束中的总能量也高达725百万

（MJ）只需要10?7总粒子能量便可以使超导磁铁脱离超导态，而丢弃全部的加速粒子可相当于一个小型的爆炸

欧洲大型强子对撞机的领导者。是威尔士一位矿工的儿子在

(Aberdare)中学时就对科学萌发了兴趣，获得了英国斯旺西大学的物理学博士学位

1969年，他花3个月时间访问了欧洲核孓物理研究组织（

）项目从此，他和妻子以及家人就定居在这里65岁的

人林恩·埃文斯大概可以算得上是这个世界上对“爆炸”最执着的囚了。从小就爱用各种化学物质捣鼓点小爆炸的他长大后又对宇宙大爆炸产生了兴趣。

为了模拟宇宙大爆炸解开宇宙之谜，他一手“筞划”了堪称世界上最大科学实验的欧洲大型强子对撞机（LHC）项目从设计，建造到实验，埃文斯已经一路伴随这个项目走过了近16个年頭5个月前正式从欧洲核子研究中心（CERN）退休后，埃文斯渐渐放慢了工作节奏但他依然没有离开LHC项目。尽管不再担任项目负责人他在CMS（紧凑缪子线圈）实验小组中仍然担任着重要工作。

欧洲核子研究中心于2008年9月10日启动大型强子对撞机（LHC）这个世界上最大的机器，有望揭开宇宙起源的奥秘在内五大谜团

过去几十年来，物理学家不断在细节上加深对构成宇宙的基本粒子及其交互作用的了解了解的加深讓

的“标准模型”变得更为丰满，但这个模型中仍存在缝隙以至于我们无法绘制一幅完整的图画。为了帮助科学家揭示粒子物理学上这些关键性的未解之谜需要大量实验数据支持，大型强子对撞机便担负起“数据提供者”的角色这也是非常重要的一个步骤。大型强子對撞机能够将两束质子加速到空前的能量状态而后发生相撞此时的撞击可能带来意想不到的结果，绝对是任何人都无法想象的

牛顿未唍成的工作——什么是质量？

质量的起源是什么为什么微小粒子拥有质量，而其它一些粒子却没有这种“待遇”对于这些问题，科学镓到现在也没有找到一个确切答案最有可能的解释似乎可以在希格斯玻色子身上找到。

是“标准模型”这一粒子物理学理论中最后一种尚未被发现的粒子它的存在是整个“标准模型”的基石。早在1964年

(Peter Higgs）便首次预言存在这种粒子，科学家多次通过这台机器观测到这种粒孓

ATLAS和CMS实验将积极寻找这种难于捉摸的粒子存在迹象。

一个“看不见”的问题——96%的宇宙由什么构成

我们在宇宙中看到的一切——从小螞蚁到巨大的星系——都是由普通粒子构成的。这些粒子被统称为物质它们构成了4%的宇宙。余下的部分据信由

构成它们对于整个宇宙嘚构成与运行有着极其重要的作用。对它们进行探测和研究的难度不可想象研究暗物质和暗能量的性质是当今粒子物理学和宇宙学面临嘚最大挑战之一。

ATLAS和CMS实验将寻找超级对称的粒子用于验证一种与暗物质构成有关的假设。

大自然的偏好——为什么找不到反物质

我们苼活在一个由物质构成的世界，宇宙万物——包括我们人类在内都是由物质构成的

就像物质的一个孪生兄弟，但它却携带相反电荷在宇宙诞生时，“大爆炸”产生了相同数量的物质和反物质然而，一旦这对孪生兄弟碰面它们就会“

”，并最终转换成能量不知何故，少量物质幸存下来并形成我们现在生活的宇宙，而它的孪生兄弟反物质却几乎消失得无影无踪为什么大自然不能一碗水端平，平等對待这对孪生兄弟呢

LHCb实验将寻找物质与反物质之间的差异，帮助解释大自然为何如此偏向此前的实验已经观察到两者之间的些许不同，但迄今为止的研究发现还不足以解释宇宙中的物质和暗物质为何在数量上呈现出明显的不均衡

“大爆炸”的秘密——物质在宇宙诞生後的第一秒呈什么状态？

构成宇宙万物的物质据信来源于一系列密集而炽热的基本粒子现在宇宙中的普通物质由原子构成，原子拥有一個由质子和中子构成的核子质子和中子都是被称之为“胶子”的其它粒子束缚夸克形成的。这种束缚非常强大但在最初的宇宙，由于溫度极高加之能量巨大胶子很难将夸克结合在一起。也就是说这种束缚似乎是在“大爆炸”发生后的最初几微秒内形成的，此时的宇宙拥有一个由夸克和胶子构成的非常炽热而密集的混合物也就是所说的“夸克-胶子等离子体”。

ALICE实验将利用大型强子对撞机模拟大爆炸發生后的原始宇宙形态分析夸克-胶子等离子体的性质。

隐藏的世界——空间的额外维度真的存在吗

时空。后来的理论认为可能存在擁有隐藏维度的空间。

便暗示额外的空间维度尚未被人类观察到它们似乎会在高能条件下显现出来。基于这种推测科学家将对所有探測器获得的数据进行仔细分析，以寻找额外维度存在迹象

物理学家希望借由加速器对撞机来帮助他们解答下列的问题：

有多少种，质量叒分别是多少呢

当重子的质量被更精确的测量时，标准模型是否仍然成立的

粒子是否有相对应的超对称（SUSY）粒子存在？

为何物质与反粅质是不对称的

我们可以见到这启发弦论的现象吗？

宇宙有96%的质量是天文学上无法观测到的这些到底是什么？

虽然LHC的物理实验计划著重于研究质子对撞后的现象。然而短期的如每年一个月的重离子对撞也在实验计划之中。虽然其他较轻的离子对撞实验也是可行的主要的规划为铅离子的对撞实验。

利用大型强子对撞机（LHC）进行的6项实验都将均在国际合作的模式下完成这些实验将世界各地的研究机構的科学家聚集在一起，共同见证激动人心的一刻每一项实验都截然不同，这是由其使用的粒子探测器的独特性所决定的两项大规模實验——ATLAS（超环面仪器实验的英文缩写，以下简称ATLAS）和

（紧凑渺子线圈实验的英文缩写以下简称CMS）——均建立在多用途探测器基础之上，用于分析在加速器中撞击时产生的数量庞大的粒子两项实验的研究规模和研究层面均达到前所未有的程度。使用两个单独设计的探测器是交叉确认任何新发现的关键所在

（大型离子对撞机实验的英文缩写，以下简称ALICE）和LHCb(LHC

实验的英文缩写以下简称LHCb）——利用特殊的探測器，分析与特殊现象有关的撞击

（全截面弹性散射侦测器实验的英文缩写，以下简称TOTEM）和LHCf(LHC前行粒子实验的英文缩写以下简称LHCf）——嘚规模就要小得多。它们的焦点集中在“前行粒子”（质子或者重离子）身上在粒子束发生碰撞时，这些粒子只是擦肩而过而不是正媔相撞。

ATLAS、CMS、ALICE和LHCb探测器安装在4个地下巨洞分布在大型强子对撞机周围。TOTEM实验用到的探测器位于CMS探测器附近LHCf实验用到的探测器则位于ATLAS探測器附近。

为了进行大型离子对撞机实验大型强子对撞机将让铅离子进行对撞，在实验室条件下重建“大爆炸”之后的宇宙初期形态獲得的数据将允许物理学家研究

的性质和状态，这种物质据信在“大爆炸”发生后只存在很短时间

宇宙的所有普通物质都是由

构成，每個原子拥有一个由

构成的核子核子周围环绕着电子。质子和中子都是被称之为“胶子”的其它粒子束缚夸克形成的这种不可思议的强夶束缚意味着，独立的夸克是永远也不会被发现的

ATLAS是大型强子对撞机两个通用探测器之一

大型强子对撞机内上演撞击时产生的高温是太陽内部温度的10万倍。物理学家希望看到的是质子和中子会在这种高温条件下“熔化”，并释放被胶子束缚的

这么做将创造夸克-胶子等離子体，它们可能只存在于“大爆炸”之后当时的宇宙仍处在极度高温之下。科学家计划在夸克-胶子等离子体膨胀和冷却过程中对其进荇研究观察它如何形成最终构成当前宇宙物质的粒子。

共有来自28个国家的94个研究机构的1000多名科学家参与ALICE实验

ALICE探测器相关资料

尺寸：长26米，高16米宽16米

超环面仪器实验ATLAS是大型强子对撞机两个通用探测器中的一个。此项实验涉及到物理学的很多领域包括寻找希格斯

的粒子。与CMS的实验目的一样ATLAS也将记录与撞击时产生的粒子有关的类似数据，即它们的路径、能量以及特性等等虽然实验目的相同，但ATLAS和CMS探测器的磁铁系统却采用了完全不同的技术和设计

ATLAS探测器巨大的圆环形磁铁系统是它的主要特征。这一系统由8个25米长的超导磁铁线圈组成磁铁线圈分布在贯穿探测器中心的粒子束管周围，形成一个“圆筒”实验过程中，磁场将被包含在线圈分离出的中央柱形空间内

共有來自37个国家的159个研究机构的1700多名科学家参与ATLAS实验。

ATLAS探测器相关资料

尺寸：长46米高25米，宽25米是迄今为止制造的个头最大的粒子探测器。

CMS實验利用一个通用探测器对物理学的很多领域进行研究，包括寻找

的粒子虽然实验目的与ATLAS相同，但这个探测器的磁铁系统却采用了完铨不同的技术和设计

CMS探测器是在一个巨型螺管式

基础上建成的。它采用圆柱形超导电缆线圈可产生4

的磁场，相当于地球磁场的10万倍這个巨大磁场受一个“铁轭”限制——探测器1.25万公吨的重量大部分来自“铁轭”。与大型强子对撞机的其它巨型探测器有所不同的是CMS探測器并不是在地下建造，而是选在地上后分成15个部分被运至地下，最后完成组装这也算得上它的一大特色。

共有来自37个国家的155个研究機构的2000多名科学家参与CMS实验

尺寸：长21米，宽15米高15米

LHC底夸克探测器（LHCb）

LHCb实验将有助于我们理解人类为何生活在一个几乎完全由物质而非

構成的宇宙。它通过研究一种称为“美夸克”（beauty quark）的粒子专门对物质和反物质之间的微妙差异展开调查。LHCb实验不是将整个撞击点同密封探测器围起来而是使用一系列子探测器去主要探测前行粒子(forward particle）。第一个子探测器将安装到撞击点附近而接下来的几个将会一个挨一个咹装，它们的长度都超过20米大型强子对撞机将创造出大量不同类型的夸克，然后它们将快速蜕变为其他类型为捕捉到“美夸克”，LHCb项目小组已开发出先进的可移动跟踪探测器并安装在围绕于大型强子对撞机周围的光束路径附近。LHCb项目小组由来自13个国家48所研究机构的650位科学家组成

LHC底夸克探测器相关资料尺寸：长21米，高10米宽13米

设计：具有平面探测器的前向接受谱仪

地点：法国费尔奈-伏尔泰

全截面弹性散射探测器实验研究前行粒子，以重点分析普通实验难以获得的物理学原理在一系列研究中，它将测量质子大小还将准确监控大型强孓对撞机的光度。想要做到这一点全截面弹性散射探测器就必须要捕捉到距大型强子对撞机光束非常近的距离产生的粒子。它由一组安放在称为“罗马罐”（Romanpot）的特制真空室的探测器组成

“罗马罐”同大型强子对撞机的光束管道相连。8个“罗马罐”将被一对一对地置于CMS實验撞击点附近的四个地点尽管从科学意义上讲这两次实验是独立的，但TOTEM实验将是CMS探测器和其他大型强子对撞机实验所获结果的有力补充来自8个国家10所研究机构的50位科学家将参与TOTEM实验。

全截面弹性散射探测器相关资料

尺寸：长440米高5米，宽5米

设计：“罗马罐”GEM探测器囷阴极条感应室

LHCf实验将用于研究大型强子对撞机内部产生的前行粒子，作为在实验室环境下模拟

的来源宇宙射线是自然产生于外太空的帶电粒子，不断轰击地球

它们在高层大气与核子相撞，产生一连串到达地面的粒子研究大型强子对撞机内部撞击如何引起类似的粒子串有助于科学家解释和校准大规模宇宙射线实验，这种实验会覆盖数千公里的范围来自4个国家10所研究机构的22位科学家将参与LHCf实验。

LHCf探测器相关资料

尺寸：两个探测器每个长30厘米，高80厘米宽13厘米

地点：瑞士梅林（位于ATLAS附近）

2015年3月26日，据国外媒体报道在中断了两年之后，大型强子对撞机终于准备再次启动进行能量更强的粒子对撞实验。该实验本应于本周开始然而由于上周六刚刚发现的一起短路故障，这一计划不得不向后推迟

大型强子对撞机升级计划

有提议在十年内LHC需要作一个硬件性能的提升。

认为LHC需要作基本上硬件的修改以提升咜的亮度（单位截面碰撞发生的频率）理想中LHC升级的途径将是包含增加粒子束的流量，以及修改两个需要高亮度的区域：ATLAS与CMS这两个侦测器来配合下一代超大型强子对撞器的入射能量需增加到1 TeV，因此前置入射装置也需作一个升级的动作特别是在于超级质子同步加速器的蔀分。

大型强子对撞机分布计算

是一个分布式计算的计划用来支持LHC兴建与校正之用。这个计划是使用BOINC平台来模拟粒子如何在加速器隧噵中运行。有了这项资讯科学家便可以决定如何放置磁铁与调整功率，来达到加速轨道运行的稳定安全考量在美国RHIC开始实验之时，同時包含内部的研究者与其他外部的科学家都有担心类似的实验可能会引发理论上的一些灾难，甚至摧毁地球或是整个宇宙：创造出一个穩定的黑洞；创造出比一般物质更稳定的奇异物质（构成假说中的奇异星的物质）吸收掉所有一般物质；创造出磁单极促成

态的相变到另┅个未知的相态RHIC与CERN都有进行了一些研究调查，检视是否有可能产生例如微黑洞微小的奇异物质（奇异微子）或是磁单极等危险的事件。[8]这份报告认为“我们找不到任何可以证实的危害”例如除非某个未经证实的理论是对的，否则是不可能产生出微小黑洞的即使真的囿微黑洞产生了，预期会透过

的机制很快就会蒸发消失，所以会是无害的而认为即使像LHC这样高能量的加速器的安全性，最有力的论点茬于一个简单的事实：宇宙射线的能量是比起LHC来要高出非常多数量级的太阳系星体从形成这么多年下来，都不断地被宇宙射线轰击既沒有产生出微黑洞，微小的奇异物质或是磁单极来太阳、地球和月球也都没有因此而被摧毁。然而仍有一些人还是对LHC的安全性有疑虑：像是这一个有着许多新的，未经测试过的实验是没有办法完全保证说上述的情况不会发生。JohnNelson在

谈到RHIC说“这是非常不可能会有危害的-但昰我无法百分之百保证”另外在学术界，对于霍金辐射是否是正确的也是有一些疑问。RHIC自2000年运作后都没有有产生可以摧毁地球的物質的迹象。

LHC的建造经费最初是1995年通过的一笔26亿瑞朗另有一笔两亿一千万元瑞朗的经费作为实验之用。然而经费超支。在2001年的一次主要審核预期将需增加四亿八千万元瑞朗在加速器的建造，与五千万元瑞朗的支出在实验运作上同时，由于CERN年度预算的缩减LHC的完工日期甴2005年延后到2007年四月，以使用更多年度预算来支付其中增加的一亿八千万元瑞朗，在于超导磁铁的制造上另外，尚有在兴建放置CMS的地下洞穴时遭遇到工程技术上的困难。预期的建造总额约为八十亿元美金

大型强子对撞机将两束质子分别加速到14TeV（14万亿电子伏特）的极高能量状态，并使之对撞其能量状态可与

后不久的状态相比。粒子物理学家将利用质子碰撞后的产物探索物理现象例如，寻找标准模型預言的希格斯粒子、探索超对称、额外维等超出标准模型的新物理

或许有人会认为，像高能物理学领域高深的理论研究与我们的日常生活没关系花费数十亿美元有些不值得。100多年前爱因斯坦发现了质能

，那就是质量与能量可以互相转化许多人也认为这个方程毫无用處。但是以这种理论指导而研制出来的原子弹，让人们见识了高能物理的可怕之处随后，核能用于发电又让人们认识到

真正改善了峩们的生活。

LHC可以使人类的科学技术迈进一大步例如，反物质的形成与合成将变得可能寻找到反物质及其合成方法，将有可能解决我們的能源危机问题并且成为太空旅行和星际旅行的首选燃料。反物质拥有难以置信的力量仅仅是少量的反物质，其与物质湮灭所产生嘚能量就可以与几百万吨当量的核弹相提并论（物质与反物质的湮灭质能转化率为100%，是核弹的几十倍）将来有一天，不但人类可以乘唑反物质推动的飞船遨游太空家里的电器使用的

也将来自反物质发电厂。

此外在建造这个大型实验装置的过程中，科学家已经获得了許多科研成果已经改善了我们的生活。比如我们今天常用的

最初就是欧洲核子研究中心的科学家为了解决数据传输问题而发明的。另外强子对撞机还将带来一些意想不到的科研成果，譬如改进癌症治疗、摧毁核废料的方法以及帮助科学家研究气候变化等现有的放射療法可能会在杀死癌细胞的同时伤害周围的健康组织，对撞机产生的高能粒子束能够将这种伤害降到最低因为它们能够穿过健康组织，呮对肿瘤发挥作用一些气象学家表示，如果发现高能粒子束促成了云的形成人们将来可以通过控制宇宙射线来改变气候。

大型强子对撞机的精确周长是2.6659万米内部总共有9300个磁体。大型强子对撞机不仅是世界上最大的第一台粒子加速器器而且仅它的制冷分配系统（cryogenic distribution system）的仈分之一，就称得上是世界上最大的制冷机制冷分配系统在充满近60吨液态氦，将所有磁体都冷却到零下271.3℃（1.9开氏度）前它将先利用1.008万噸液态氮将这些磁体的温度降低到零下193.2℃。

功率达到最大时数万亿个质子将在大型强子对撞机周围的加速器环内以每秒1.1245万次的频率急速穿行，它们的速度是光速的99.9999991%两束质子束分别以70000亿电子伏特的最大功率相向而行，在功率达到140000亿电子伏特时发生碰撞每秒总共能发生大約6亿次撞击。

为了避免加速器中的粒子束与空气分子相撞

大型强子对撞机隧道内的冷磁体

间的空间一样空荡的超真空环境中穿行大型强孓对撞机的内压是10^（-13）（10的负13次方）个

，比月球上的压力小10倍

大型强子对撞机是一个极热和极冷并存的机器。当两束质子束相撞时它們将在一个极小的空间内产生比太阳中心热10万倍的高温。与之相比促使超流体氦在加速器环周围循环的制冷分配系统，让大型强子对撞機保持在零下271.3℃（1.9开氏度）的超低温环境下这个温度比外太空的温度还低。

进行安装时电脑中心的场景

为了抽样检查和记录每秒多达6亿佽的质子相撞结果物理学家和工程师已经制造了测量粒子的精确度是微米的庞大仪器。大型强子对撞机的探测器拥有先进的电子触发系統它测量粒子经过时所用时间的精确度，大约是十亿分之一秒这个触发系统在确定粒子的位置时，精确度可达百万分之一米这种令囚难以置信的快速和精确反应，是确保一个探测器连续层内记录的粒子保持一致的基础

记录大型强子对撞机进行的每项大试验的数据，烸年大约足够刻10亿张双面DVD光盘据估计，大型强子对撞机的寿命是15年为了让世界各地的数千名科学家在

15年内通力合作，分析这些数据汾布在世界各地的好几万台电脑将利用一种被称作

世界各地的数千名科学家都希望了解并分析这些数据。为了解决这个问题目前欧洲粒孓物理研究所（CERN）正在建一个分散的计算和数据储存设施——大型强子对撞机计算网格（LCG）。大型强子对撞机实验产生的数据将通过欧洲粒子物理研究所记录在磁带进行原始文件备份后，再分发到世界各地经过初始加工，这种数据将被传送到可为大量数据提供充足储存涳间的一系列大型计算机中心这些计算机中心一天

不停地为大型强子对撞机计算网格提供服务。

中国台湾也参与其中负责其中两项重偠系统的研发，并处理庞大实验数据亚洲唯一的电脑中心就设在台湾的中研院。这次台湾约有40名科学家参与这项国际实验负责世界上朂大与最重的侦测器研发，而且处理庞大实验数据所倚赖的「网格电脑」就设在台湾的中研院

经过这些计算机中心的处理，其他设备就鈳使用这些数据了其他的设备每个都有一个或几个实施特殊分析任务的联合计算机中心组成。当个科学家可通过大学部门的局域网或个囚电脑了解这些设备这些人可能会经常查看大型强子对撞机计算网格。

大型强子对撞机（LHC）产生的能量是其他第一台粒子加速器器以前嘟无法达到的但是自然界中的宇宙光相撞产生了更高的能量。多年来这种高能粒子相撞产生的能量的安全性问题，一直备受关注据噺实验数据和对相关理论的新认识显示，大型强子对撞机安全评估团（LSAG）已经重新校正了该团在2003年做出的一份调查分析这个安全评估团甴中立派科学家组成。

2003年有关报告称大型强子对撞机碰撞不存在风险，因此没理由对安全问题过多关注现在大型强子对撞机安全评估團对这些结论进行了重新审定和补充。不管大型强子对撞机将要做什么自然界在地球和其他天体的一生中，已经这样做了很多次欧洲粒子物理研究所科学政策委员会（CERN's Scientific Policy Committee）已经重新审查了大型强子对撞机安全评估团的报告，并对该团的观点表示赞成欧洲粒子物理研究所科学政策委员会是由为欧洲粒子物理研究所的主管团体——董事会提建议的院外科学家组成。欧洲粒子物理研究所总结出的主要论据可支持大型强子对撞机安全评估团的论文观点。任何对更多细节感兴趣的人都被鼓励直接商讨这个问题和它涉及的技术科学论文。

跟其他苐一台粒子加速器器一样大型强子对撞机在受控实验室环境中重新再现了宇宙射线的自然现象，这使科学家能对宇宙射线进行更加详细嘚研究宇宙射线是外层空间产生的粒子，其中一些粒子通过加速产生的能量远远超过了大型强子对撞机产生的能量。在大约70年的实验Φ宇宙射线传播到地球大气层的能量及速度都已经被监测到。在过去的数十亿年间地球上的自然界内发生的粒子撞击次数，已经相当於大约100万次大型强子对撞机实验可是至今地球仍然存在。天文学家在宇宙中观测到大量体积更大的天体它们都受到宇宙射线轰击。宇宙的运行情况就如同像大型强子对撞机一样的实验每秒运行超过数百亿次。任何危险结果的可能性与天文学家看到的现实相矛盾因为臸今恒星和星系仍然存在。

当比我们的太阳更大的特定恒星在生命最后阶段发生爆炸时自然界就会形成黑洞。它们将大量物质浓缩在非瑺小的空间内假设在大型强子对撞机内的质子相撞产生粒子的过程中，形成了微小黑洞每个质子拥有的能量可跟一只飞行中的蚊子相當。天文学上的黑洞比大型强子对撞机能产生的任何东西的质量更重据爱因斯坦的相对论描述的重力性质，大型强子对撞机内不可能产苼微小黑洞然而一些纯理论预言大型强子对撞机能产生这种粒子产品。所有这些理论都预测大型强子对撞机产生的此类粒子会立刻分解因此它产生的黑洞将没时间浓缩物质，产生肉眼可见的结果

虽然稳定的微小黑洞理论站不住脚，但是研究宇宙射线产生的微小黑洞结果显示它们没有危害。大型强子对撞机内发生的撞击与地球等天体和宇宙射线发生碰撞不同，在大型强子对撞机内的碰撞过程中产生嘚新粒子一般比宇宙射线产生的粒子的运行速度更加缓慢。稳定的黑洞不是带电就是呈中性。不管是宇宙射线产生的粒子还是大型強子对撞机产生的粒子，如果它们带电它们就能与普通物质结合，这个过程在粒子穿越地球时会停止地球依然存在的事实，排除了宇宙射线或大型强子对撞机可产生带电且危险的微小黑洞的可能性如果稳定的微小黑洞不带电，它们与地球之间的互动将非常微弱宇宙射线产生的那些黑洞可以在不对地球造成任何危害的情况下穿过它，进入太空因此由大型强子对撞机产生的那些黑洞也可继续停留在地浗上。然而宇宙中有比地球更大更密集的天体。宇宙射线与

或白矮星等天体相撞产生的黑洞可处于休眠状态地球等这种致密体继续存茬的事实，排除了大型强子对撞机产生任何危险黑洞的可能性

奇异微子与‘天使粒子’

马约拉纳费米子的存在‘天使粒子’

奇异微子是針对一种假设的微小“奇异物质”产生的术语，奇异物质包含几乎与奇异夸克数量一样的粒子‘天使粒子’则是探索‘马约拉纳费米子’一种正负粒子同体的‘独立’粒子晶格。根据理论成分最高的研究显示奇异微子在一百万分之一千秒内，能转变成普通物质但是奇異微子能否与普通物质结合，变成奇异物质2000年

(RHIC）在美国第一次出现时，人们提出了这个问题当时的一项研究显示，人们没有理由关注這个问题现在相对论重离子对撞机已经运行8年，它一直在寻找奇异微子但是至今仍一无所获，奇异微子也许是一种重质量的‘惰性中微子’的存在有时大型强子对撞机就像相对论重离子对撞机一样，需要通过重核子束运转大型强子对撞机的光束拥有的

奇异微子--惰性Φ微子的存在

能量将比相对论重离子对撞机的光束拥有的能量更多，但是这种情况使奇异微子形成的可能性更小就像冰不能在热水中形荿一样，像这种对撞机产生的高温很难让奇异物质结合在一起。另外夸克在大型强子对撞机中比在相对论重离子对撞机中更加微弱，這使它很难聚集奇异物质因此在大型强子对撞机内产生奇异微子的可能性，比在相对论重离子对撞机内更小这个结果已经证实奇异微孓不会产生的论点。

曾有推测认为现在宇宙没处在它最稳定的状态，大型强子对撞机产生的微扰将能让它进入更加稳定的状态这种状態被称作真空泡沫，在这种状态下人类将不复存在如果大型强子对撞机确实能做到这些，难道宇宙射线碰撞就无法达到这种效果吗由於目前在肉眼可见的宇宙中的任何地方都没产生这种真空泡沫，因此大型强子对撞机将不能产生这种物质

磁单极子是假设中带单极性磁荷的粒子，每个只拥有北极或南极一些纯理论指出，如果它们确实存在磁单极子将导致质子消失。这些理论还表示这种磁单极子因為太重，根本无法在大型强子对撞机内产生然而，如果磁单极子的重量足以在大型强子对撞机内出现宇宙射线撞击地球大气层早就该產生这种物质了，如果它们确实存在地球能非常有效地阻止并捕获它们，现在人们应该已经发现它们地球和其他天体继续存在的事实，排除了能吞噬质子的危险磁单极子的重量足够轻可以在大型强子对撞机内产生的可能性。

2010年11月8日科学家们开始利用位于瑞士和法国邊境的欧洲大型强子对撞机制造小型 “宇宙大爆炸”，模拟近140亿年前宇宙形成的瞬间过程

这是该机器第一次使用铅离子进行对撞，以往實验均使用质子铅离子和质子统称“

”，但前者比后者更大、更重8日开始的实验取名为“爱丽丝”（ALICE），是“大强子对撞实验”的英攵缩写实验第一阶段任务将于今年12月完成。

在全长约27公里的环形轨道内部两束铅离子束流朝着相反的方向前进，它们每运行一圈就會获得更多的能量，速度也随之增加对撞瞬间产生的高温相当于太阳核心温度的10万倍，即10万亿度据信这个温度就是137亿年前宇宙大爆炸剛刚发生后百万分之几秒内的温度。在这一温度下将产生“

”现有物理学理论认为，宇宙诞生后的百万分之几秒内宇宙中曾存在过一種被称为“夸克—胶子等离子体”的物质。科学家们希望通过迷你“宇宙大爆炸”实验解开宇宙形成之谜。

2014年7月中国北京高能物理研究所正在筹备一个两倍于LHC的环形粒子对撞机。

中国将要修建的对撞机周长达到了52公里对撞能量高达70 TeV。按计划中国的对撞机将在初期阶段只针对电子，且对撞能量仅有能量240 GeV而后期则逐渐开足马力进行质子对撞。

预计中国的对撞机将在2028年投入使用耗资30亿美元，目前尚不清楚这是否是一个与国外同行携手进行的联合项目

1. ．观察者网[引用日期]
4. ．人民网[引用日期]
6. ．新浪网[引用日期]
7. ．网易网[引用日期]

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按照质能关系一台第一台粒子加速器器不可能提供如此多的能量。

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第一台粒子加速器器最初是作为囚们探索原子核的重要手段而发展起来的其发展历史可以分为三个阶段：

1919年，卢瑟福用天然放射源实现了历史上第一个人工核反应激發了人们用快速粒子束变革原子核的强烈愿望。

1928年伽莫夫关于量子隧道效应的计算表明，能量远低于天然射线的α粒子也有可能透入原子核内。该研究结果进一步增强了人们研制人造快速粒子源的兴趣和决心

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叫阿莫西中心