【科技】找到上帝还是遭遇末日？LHC开通前后

LHC是人类迄今建造的最大的粒子加速器，从24年前开始计划，直到今年9月，耗资80亿美元的LHC终于在欧洲开通。LHC可将粒子加速到类光速，希望这些高速粒子撞击后可产生新粒子，以用于人类对宇宙的完整描述。

2008年9月10日,瑞士日内瓦,科学家在欧洲核子研究中心(CERN)控制中心进行世界最大对撞机启动模拟宇宙大爆炸实验。

2008年9月，欧洲核子研究中心粒子物理实验室，在隧道内的大型强子对撞机。

假如套用提前消费概念来理解欧洲粒子物理实验室（CERN）此次举动的话，那么全世界人民无疑应该向他们开一张有史以来最大的对账单。那个简称LHC（全名“大型强子对撞机”）的庞然怪物，迄今刷了有案可稽的44亿美元，能不能以及啥时候用足够有说服力的实物还完巨款，可真是个未知数。更厉害的是，这笔数额还在源源不断地追加上去，据维基百科数据，真正的建造总额为80亿美元。

欧洲大型强子对撞机示意图表

LHC对撞机在地底100米深处，占据了27公里长的一个环形。

9月10日他们实行了第一次还款。那天，凡在这个星球上混的有点嗅觉的各种新闻媒体，无不在显目位置甚至头条摆上类似于这样的标题：LHC开撞，会不会毁灭地球？而法国和瑞士交界处日内瓦湖畔的CERN总部，一群人已经迫不及待地打开香槟，开庆功宴了……

且慢，这群人是谁？凭什么做出这么一个“末日机器”来？一切还得从头说起。

为了寻找“上帝粒子”
1919年，新西兰人卢瑟福用天然放射源轰击氮原子的方法发现了质子，自此世间正式多了一个和上帝对话的行当——粒子物理学家。一旦进入这个行当，每天要从事的工作就是绞尽脑汁做出更快更强更大的加速器，然后把各种各样的原子、离子、电子往里面扔……轰的一下出来一堆数据，美其名曰：探索物质内部结构。

早些年，他们的日子实在太好过了，因为有太多粒子正在排队等待证实。1932 年查德威克用α粒子轰击核的实验找到了中子，1956年人们观察到了泡利假设存在的中微子，1979年传递强作用的胶子被间接发现……在黄金时期，几乎每隔一小段时间就有实验室会兴高采烈地去顶尖科学期刊上发表几篇新粒子的文章，与此同时，一个叫做“标准模型”的物质结构理论逐渐搭建完善。直至1983年W和Z玻色子被揪出来之后，只差一步之遥，这些人就有理向外宣称：我们对物质世界的理解是对的。

最后的打赌，落在了希格斯玻色子身上。

原因在于，标准模型中已经证实的粒子只能够描述强作用力、弱作用力、电磁力以及引力这4种自然界基本力的前3种，惟独无法纳入对第4种的解释，这是很糟糕的一件事，因为如此便意味着我们在宏观世界中确切感受到的“质量”不知从何而来。1964年，英国物理学家彼得·希格斯预言存在一种玻色子，其他粒子都倘佯在这种粒子构成的“海洋”中，受其作用而产生惯性，由此获得质量，可是四十多年来，未曾有任何人觅得它的踪影。就这样，它成为了粒子物理学家口中的“上帝粒子”。找到它的惟一途径，似乎也只有做出更高能量的加速器。

霍金下注一百美元LHC将失败

建造迄今最大的粒子加速器LHC的想法1984年就初露端倪了。经过好些年酝酿，CERN终于出台了一个完整规划，并且在自己的办公楼、实验室和居民区下100米深处，辟出一块27公里的环形区域。正式动工后花了10年左右才搞定，设备总重量达37600吨，其中有9300块磁铁。

这个面积大得能装下4个梵蒂冈的家伙被寄望能加速出达到光速的99.9999991%质子束流，在圆环管道内的四处对撞观测点上每秒发生6亿多次粒子对撞，单个质子携带的能量为7万亿电子伏特。当LHC以最高能量状态满负荷运转时，其中全部粒子携带的总能量，够驱动900辆时速100千米的小轿车。其耗电量相当于整个日内瓦市全城的用电量，其一年5亿欧元的预算中，相当一部分是用来交电费。

随着第一束粒子流被注入的时间越来越近，无数有关人士的神经可说是越绷越紧。事实上，CERN已数次推迟了“点燃日期”。这期间，公关部门一边造势，为赢得公众支持，一位曾在那里工作过的美女大学生更是自觉担起重任，用Rap向老百姓解释是这玩意儿到底用来做什么，她拍的音乐视频一时成为Youtube上面的点击热门；一边找人写报道，应付来自各方面的质疑与抨击，比如2003年就有安全小组公布了一份长达25页的声明，以专业分析保证，LHC绝对不会造出以下灾难性事物：吞噬一切的黑洞、促发真空坍塌的奇异子、不知道会带来什么后果的磁单极子，等等。

尽管如此，唱反调的人还是层出不穷，今年3月份美国科普作家沃尔特·瓦格纳和和安全专家路易斯·桑丘曾一举将CERN、美国能源部和国家自然科学基金会和费米实验室告上了美国联邦地方法院，要求停止这个“可怕”的高能实验项目。互联网上甚至有人发起反对签名，德国化学家奥托·勒斯勒尔也旗帜鲜明地站到了这条阵线。

泼凉水的人当中还包括霍金，他告诉英国广播公司，自己和一位密歇根大学的教授以一百美元为注，赌LHC没可能找到希格斯玻色子。正等着LHC出结果去拿诺贝尔奖的希格斯老人家当然急了，马上反驳说，LHC可不会撞出霍金企盼的“超伴子”。

“超伴子”是标准模型的延伸——超对称假说所预言的一种粒子。这一假说如经证实，将使希格斯玻色子的存在变得毫无意义。

难道会变成一场闹剧？
对LHC示好的权威机构则有大名鼎鼎的英国皇家化学学会（RSC)，他们的方式够特别：为LHC征求新名。LHC这么直白的叫法在化学家们看来实在是过于缺乏想象力了，不要也罢，于是什么奥维德四轮马车、魔法回路、起源发动机、E42、亚当粉碎机、霍金机、玻色子机、BOB、旋转离子束、一号圈、星际之门……纷纷出台，最后美国罗得岛的一位公民提出的Halo（晕轮）这个单词胜出，此人还获得了500欧元的奖金。闻听此事，CERN发言人詹姆斯·基里斯赶紧作出回应，说十分感谢RSC为他们所做的一切，有受宠若惊之感， 而且毫无疑问， Halo是个贴切的好名字，不过……还是让我们保留原名吧。

戏剧性事件正不断上演。

粒子流终于被注入管道了，一个黑客组织也成功地黑了CERN的网站，在页面上打出“希腊安全小组”（GST: Greek Security Team）字样。CERN内部工作人员大为震惊，因为黑客们距一个巨型探测器的控制器系统只有一步之遥了。还好，看起来对方没有搞什么大破坏，主要目的可能还是为了显摆一下咱有能力黑了你。

整个世界还在吵吵嚷嚷，你方唱罢我登场，就在9月19日，CERN却突然宣布：继前一天修复 30 吨重的变压器故障后，来了一次较严重的氦泄漏事故，所以——停机整修两个月！再次开张的时间至少是明年开春。这个消息一定会让有些人想哭，也一定会让有些人大笑。

LHC 一台人类历史上最大最复杂的机器

杨金民 中科院理论物理所研究员，主持或参与的科研项目包括过非标准模型及其唯象学、超对称唯象研究、TeV能区物理、LHC和Tevatron物理、新物理和暗宇宙等。

mangazine·名牌：作为研究粒子物理和高能物理的科学家，LHC对撞机对你们的意义何在？我曾经听到一个笑话是，高能物理学家都在等着它保住自己的饭碗。是不是这样？
杨金民：LHC对撞机对于高能物理科学家来说至关重要，原因在于高能物理是基于实验的科学,若没有实验，高能物理就停滞不前了。高能物理实验的手段主要是高能对撞机，而LHC是人类历史上能量和亮度最高的对撞机，利用这个机器可以探索更高能区更基本的粒子物理。
具体而言，LHC对撞机将探索TeV（1万亿电子伏特）能区的新物理。目前这个能区的物理还不知道是什么，有很多候选的理论，比如超对称理论。这些理论将在LHC上得到检验，如果某一个理论预言的物理现象没有被LHC证实，那么从事这个理论的研究者也许就得改弦易辙而研究别的理论，可以说是丢掉“老饭碗”而选择新方向，LHC很可能将指明这个新方向。大海航行靠舵，我们粒子物理工作者向前航行靠的是对撞机实验。

mangazine·名牌：除了标准模型中的希格斯粒子，人们还寄望于LHC能够发现暗物质粒子，能为我们介绍一下什么是暗物质粒子吗？为什么以及如何去研究它？
杨金民：目前宇宙观测表明宇宙中的物质大部分是看不见的冷暗物质，这种物质不发光也不反射光，对普通物质的作用极其微弱，虽然它就在我们的周围，并且时刻在穿过我们的身体，我们看不到它也感受不到它。宇宙形成之初，暗物质就产生了，至今仍无处不在地弥漫于宇宙之中。为了探测这些逍遥于宇宙的暗物质粒子，目前世界上正在进行很多实验，有的实验在监视暗物质粒子与普通物质的原子是否碰撞，有的试图观测暗物质粒子湮灭所发出的光等可见信号，但这些实验好像都是“守株待兔”地等待暗物质的到来。
如何在实验室把暗物质产生出来然后探测它？LHC对撞机就可以做到。在LHC上，暗物质粒子可以被大量产生出来，当它们逃逸时，带走了能量，留下了痕迹。

mangazine·名牌：有消息说LHC没运转几天就要开始大修了，要停机至少两个月以上，你怎么看待这件事？
杨金民：LHC是人类历史上能量和亮度最高的对撞机，也是人类历史上最大最复杂的科学研究装置，集中了人类最先进的技术和最高的智慧,它是史无前例的。这样一个复杂的庞大机器也许会出一些毛病，比如最近听说的坑道内液态氦泄漏的事故，估计不会有大碍。

mangazine·名牌：LHC和其他加速器，比如Tevatron相比，优势何在？
杨金民：LHC能量比美国费米实验室的Tevatron（目前正在运行）高7倍。因此，LHC可以产生出Tevatron根本不能产生的新物理预言的粒子（比如超对称粒子），它在探索新物理方面的潜力远远超过Tevatron。

mangazine·名牌：你心里会不会也有一种担忧，那就是LHC什么也找不到？那该怎么办？
杨金民：粒子物理探究的是世界的基本组成与运动规律，是人类文明的一部分。LHC的主要寻找目标是标准模型中的希格斯粒子和超出标准模型的新物理，如果LHC什么也找不到，就说明标准模型需要大的修改，那会给粒子物理学者带来丰富的想象空间；如果LHC发现了标准模型中的希格斯粒子而没有发现超出标准模型的新物理，那说明目前人们的信念和对世界的理解不符合“上帝”的用意，人们会感到震惊而重新深入思考。要是那样，我也会有一种担忧，我们指望LHC实验会起到指路明灯的作用，否则，就必须在黑暗中摸索和思考，因为下一个对撞机还不知何时问世。