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位于瑞士和法国边境地区的欧洲核子研究中心(CERN)。


两束质子将以光速撞击,制造“迷你版”宇宙大爆炸;霍金下注百元打赌称找不到希格斯玻色子




当地时间9月10日,欧洲核子研究中心(CERN)将启动大型强子对撞机(LHC)。这台全球目前最大的粒子加速器将使两束质子以接近光速的速度撞击,制造出“迷你版”的宇宙大爆炸,从而揭开有关宇宙形成和结构的秘密。

工程耗资54.6亿美元



欧洲核子研究中心将于10日把第一批质子注入对撞机,开始加速测试。这些质子束将以反时钟方向运动,在测试成功的前提下,科学家可能将在一个月后注入另一道顺时针方向运动的质子束,接着让它们正面撞击。单束粒子流能量可达7万亿电子伏特,迎面撞击将产生巨大能量,瞬间热度比太阳还要热10万倍。对撞机内部的四个撞击点都安装有高度精确的探测器,撞击发生时,计算机将记录下大爆炸的数据以及产生的各种物质,世界各地10万余名科学家将对获得的庞大数据进行分析。



LHC是世界最大的粒子加速器,它建于瑞士和法国边境地区地下100米深处的环形隧道中,隧道全长26.659公里。隧道内将维持在-271℃的极低温。这一温度将会出现超导现象,使得粒子在管道中几乎不受任何阻力,以至接近光速。对撞机从2003年开始建造,参与该项目的有来自80多个国家和地区的2000多名科学家和工程师,整个工程耗去54.6亿美元。



将丰富人类对宇宙了解



科学家希望,能够在对撞机前所未有的对撞能量帮助下,制造“迷你版”宇宙大爆炸之后的瞬间状况,探秘“希格斯玻色子”(Higgs boson),“暗物质”,“暗能量”等其他未解之谜。希格斯玻色子以英国物理学家彼得·希格斯名字命名,他在44年前提出,希格斯玻色子是物质的质量之源以及电子和夸克等形成质量的基础,这种粒子给其他粒子赋予了质量,但它一直未被发现。



英国著名物理学家史蒂芬·霍金认为,LHC产生的能量还不足以让科学家发现希格斯玻色子。为此他还下了100美元赌注。不过霍金表示:不管发现什么,撞击结果将大大丰富人类对宇宙结构的了解。



欧洲核子研究中心主管罗伯特·艾马表示,他相信科学家将借助于这一机器获得重大突破性发现。艾马称,获得初步实验结果可能需要耐心等待,一次试运行足以产生一大堆数据,科学家需要大量时间分析。



■ 数字



99.9999991%



对撞机“开足马力”后,能把数以百万计的粒子加速至将近每秒钟30万公里,相当于光速的99.9999991%。



11245



粒子流每秒可在周长为26.659公里的隧道内狂飙11245圈。



7万亿



单束粒子流能量可达7万亿电子伏特,相当于质子静止质量所含能量的7000倍



10万



运行方向相反的两束高速粒子流一旦对撞,碰撞点将产生极端高温,最高相当于太阳中心温度的10万倍。



中国科学家参与实验



探测器部分结构中国制造,将分享实验数据



清华大学物理系教授邝宇平向记者透露,20余名中国科学家也参与了“大型强子对撞机”项目。在科技部、自然科学基金委、中国科学院的共同资助下,中科院高能物理研究所、北京大学、中国科技大学等单位的研究人员成为LHC项目的一部分。



邝宇平教授说,LHC的4个探测器每个都有约一千名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,中国科学家也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。



■ 专家连线



撞击为寻找“质量”从何而来



科研人员将分析多次撞击实验数据得出最后结论



从事粒子理论研究的清华大学物理系教授邝宇平告诉记者,欧洲核子研究中心启用“大型强子对撞机”的主要目的是解答物体的质量从何而来。虽然无人能预知撞击的结果,实验本身具有重大意义,它可能引发人类科学的革命性发展。



邝宇平教授说,从人类开始认识“质量”至今,一直无人知道它究竟从何而来,而粒子物理学的前沿研究可能解开这个答案。目前科学家已知的物质最基本组成是比原子小得多的基本粒子。通过高能量的粒子对撞实验,科学家希望找到基本粒子的相互作用规律,由此解答万物“质量”的起源。



邝宇平教授介绍说,“大型强子对撞机”启动发射第一批质子束后,将进行一段时间的调试,这主要是为了调整质子束在管道里运行的精确程度。



之后将在年底前进行第一次粒子对撞的实验,和其他粒子撞击实验一样,首次的撞击强度将相对较小,此后的实验中强度会逐次加大,在2009年将达到预定的水平。到2014年,LHC可能还会进行升级。因此整个实验过程至少持续十年,科学家将对多次撞击实验的结果进行统计分析,并非一次撞击就能出结论。



■ 观点交锋



撞击是否会产生毁灭性黑洞?



正方 即使产生微小黑洞也会立即蒸发



邝宇平教授接受本报记者采访时表示,所谓“大型强子对撞机”将产生毁灭性黑洞的说法不可信,这主要是媒体夸大宣传的结果。他指出,虽然有人猜测撞击将产生黑洞,但那只有在特殊条件下才可能,概率在几十万分之一到几百万分之一。而且即使产生黑洞也是非常微小的,会立刻蒸发,不可能带来毁灭性后果。



英国媒体援引著名物理学家史蒂芬·霍金的话说:“LHC是绝对安全的。地球大气每天都会产生释放巨大能量的撞击,却从未因此发生灾难,世界不会因为LHC启动而终结。”



反方 撞击产生黑洞可能吞没地球



今年3月,美国前核能安全官员沃尔特·瓦格纳和西班牙科普作家路易斯·桑丘分别向美国夏威夷地区法院和欧洲人权法院提交了民事诉讼,要求欧洲核研究组织中止这个项目,他们的理由是“大型强子对撞机”不是百分之百安全,撞击可能产生毁灭性的黑洞,将地球整个吞没。但法院驳回了他们的诉讼。



不过类似的担忧并没有停息,LHC的公关负责人表示,他们经常会接到人们带着哭腔打来的电话,请求科学家停止这个项目,甚至还会接到死亡威胁的电子邮件。