ＡＴＬＡＳ探測器：圍繞核心交互點的一組超大圓筒。交互點正是強子束發(fā)生碰撞的地方。

位于日內(nèi)瓦附近地下隧道中的歐洲大型強子對撞機大型磁鐵。

對撞實驗發(fā)生在日內(nèi)瓦附近百米深處的地下隧道。

歐洲核子研究中心科學家舉杯慶祝對撞成功。

歐洲大型強子對撞機控制中心現(xiàn)場。

壓縮μ子螺旋型磁譜儀。

歐洲大型強子對撞機工作原理示意圖。地下環(huán)形隧道長約２７公里。

質(zhì)子束流的對撞。

　　在科幻電影和小說中，黑洞可以捕獲粗心大意的飛船和行星，可以吞噬整個星系，或者為宇宙的其他部分提供入口。在這些描述的啟示下，物理學家們研制出大型強子對撞機(ＬＨＣ)，人類終于有了一個強大到可以制造“迷你黑洞”的機器?？茖W家們相信，他們可以通過這樣的對撞發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子――“上帝粒子”。

　　科學家們認為，正是這種“上帝粒子”賦予宇宙萬物以質(zhì)量。發(fā)現(xiàn)和證實“上帝粒子”存在是大型強子對撞機現(xiàn)階段的首要任務。３月３０日，ＬＨＣ“首撞”成功，有包括中國在內(nèi)的８０多個國家和地區(qū)的７０００多名科學家參與了ＬＨＣ的相關實驗項目。

　　然而，也有些人甚至有部分科學家擔心，大型強子對撞機對撞所形成的黑洞可能會毀掉地球。

　?。蹋龋贸晒M行首次高能質(zhì)子束對撞，就此宣告一個物理學新時代黎明的到來。支持和反對強子對撞機項目的兩大陣營仍在激烈交鋒。問題是，大型強子對撞機制造的“迷你黑洞”是否真的會毀掉地球科學家們?yōu)楹我欢ㄒ线@個項目呢？

　　地下百米深處最昂貴的科學設施

　　大型強子對撞機（ＬＨＣ）是世界最大的粒子加速器，項目投資達３９億歐元（約合５６億美元），位于日內(nèi)瓦附近瑞士和法國交界地區(qū)地下１００米深處、總長１７英里（約合２７公里）的環(huán)形隧道內(nèi)。建造ＬＨＣ的主要目的是尋找暗物質(zhì)等現(xiàn)象，最終揭開宇宙形成之謎。

　　它是世界上最大、最昂貴的科學設施，科學家希望利用它揭開希格斯玻色子的廬山真面目。希格斯玻色子的特性難以捉摸，被稱為“上帝粒子”，科學家認為它是物質(zhì)的質(zhì)量之源。蘇格蘭物理學家彼得?希格斯在３０年前曾表示，希格斯玻色子或許能解釋物質(zhì)如何聚在一起，創(chuàng)造宇宙及宇宙萬物。只要它確實存在，物理學家利用大型強子對撞機對撞，發(fā)現(xiàn)它的幾率將相當大。

　　這臺對撞機旨在推動以相反方向高能運轉(zhuǎn)的粒子撞擊。數(shù)十億次撞擊將產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，供歐洲核子研究中心和全球各地一萬名科學家研究和分析，每一次撞擊都會產(chǎn)生類似于１３７億年前宇宙大爆炸發(fā)生瞬間的狀態(tài)，有助人類進一步探索宇宙起源之謎。宇宙大爆炸噴射的物質(zhì)最終形成了恒星、行星和地球生命，但希格斯理論認為，只有在希格斯玻色子這樣的粒子將物質(zhì)聚集在一起，賦予其質(zhì)量，上述一幕才有可能發(fā)生。

　　大型強子對撞機項目可謂一波三折。２００８年，對撞機在能量較低的情況下啟動，運轉(zhuǎn)１０天之后便因冷凍劑泄漏事故不得不關閉。經(jīng)過長達一年的修復和認真準備后重新啟動，并于今年３月３０日首次成功進行了高能質(zhì)子束對撞。

　　“進入任何人都未曾進入的領域”

　　質(zhì)子束對撞實驗于３月３０日凌晨５點開始，過去的失敗嘗試讓科學家的神經(jīng)緊張到極點。終于對撞成功后，現(xiàn)場科學家爆發(fā)出一片歡呼聲，他們相互慶祝，興奮之情溢于言表。在對撞圖像傳回４個對撞機控制室之后，來自多個國家、年齡懸殊的物理學家們激動地擁抱在一起，他們歡呼雀躍，打開香檳酒進行慶祝。挪威物理學家海蒂?桑達克帶著自己的寶寶投入工作。在對撞發(fā)生時，她的孩子也見證了這一重要時刻。

　　經(jīng)過幾十年的艱苦努力以及在最近一年屢屢受挫之后，質(zhì)子束終于在２０１０年３月３０日英國夏令時午后首次對撞在一起。雖然比預定計劃晚了整整５個小時，但仍在歐洲核子研究組織（以下簡稱ＣＥＲＮ）的科學家預計中的時間范圍內(nèi)。

　　全世界的科學家通過現(xiàn)場直播觀看了對撞實驗，他們將第三次對撞嘗試稱之為一個“歷史時刻”，標志著人類朝著揭開物理學最大謎團的道路邁出了第一步。ＣＥＲＮ資深科學家奧利弗?布赫姆勒說：“我們正進入一個此前任何人都未曾進入的領域。我們開辟了物理學的一個新的疆域。”

　　在此次對撞實驗中，原子粒子正面撞擊，每一個質(zhì)子束攜帶３．５萬億電子伏能量，是此前紀錄的３倍。通過進行超高能量對撞，科學家可以重建大爆炸發(fā)生后瞬間的初期宇宙形態(tài)。十幾天前，兩個質(zhì)子束開始在地下１７英里長的環(huán)形隧道內(nèi)沿相反方向高速移動。

　　“物理學的酒杯很快就會被填滿”

　　大型離子對撞機（Ａｌｉｃｅ）實驗是強子對撞機進行的其中一項實驗。這項實驗的發(fā)言人尤爾根?斯庫克拉夫特表示：“１００年后，我們最終站到讓物理學發(fā)生一場變革的邊緣。大型強子對撞機似乎是解答一系列疑問的關鍵。”

　　由于要與日本科學大臣會晤，ＣＥＲＮ總干事羅爾夫?霍爾教授及其副手塞吉奧?貝托魯奇并沒有前往現(xiàn)場，見證質(zhì)子束對撞這一歷史時刻。身在東京大學的霍爾通過視頻發(fā)表講話，當時他的身邊放著一瓶葡萄酒，手里則端著一個酒杯。他說：“這瓶酒是１９９１年買的，那一年，我們簽約啟動大型強子對撞機項目?，F(xiàn)在，這瓶酒已經(jīng)空了，但物理學的酒杯很快就會被填滿。”

　　隨著成功對撞的消息宣布，參與指導對撞機項目的科學家最終松了一口氣并陷入興奮之中。很多人從２９日晚上一直工作到３０日凌晨，以確保所有設備正常運轉(zhuǎn)。為了此次對撞，比利時魯汶大學物理學家克里斯托夫?德拉萊教授連續(xù)工作時間超過２４個小時。他說：“這真的是一個非常令人興奮的時刻。”

　　大型強子對撞機主要構(gòu)造

　　內(nèi)部跟蹤系統(tǒng)（ＩＴＳ）：是由硅探測器圍成一個６層的圓筒，將對撞點裹在里面，用它測量合成粒子的特性和準確位置，還可能在這里發(fā)現(xiàn)含有重夸克的粒子。

　　超導環(huán)場探測器（ＡＴＬＡＳ）：長４４米，直徑２５米，重約７０００噸。超導環(huán)場探測器是一個亞原子粒子探測器，是自１９３０年加州大學的勞倫斯建立回旋加速器后最大而且建造最復雜的環(huán)場探測器。質(zhì)子束在探測器中心碰撞時，這里測量到的信號可能是最強的。

　　壓縮μ子螺旋型磁譜儀(ＣＭＳ)：它是大型強子對撞機上安裝的兩個大型通用粒子物理探測器中的一個。壓縮μ子螺旋型磁譜儀包含大型強子對撞機的“交互點”，這是一個非常重要的位置，大型強子對撞機里反向旋轉(zhuǎn)的兩個光束里的質(zhì)子，正是在這個地方撞在一起。

　　一周制造千萬次“宇宙大爆炸”

　　首次對撞成功，無疑開了一個好頭，可在接下來的時間里，人們都在期待，希望聽到更多關于對撞的最新進展。４月７日，ＣＥＲＮ的物理學家對外宣布，從３月３０日到４月６日，大型強子對撞機在高能運行的第一周共制造了１０００萬次迷你“宇宙大爆炸”。要探究宇宙的一系列秘密，制造這樣的迷你爆炸是必不可少的一步。

　?。茫牛遥伟l(fā)言人詹姆斯?吉利斯稱，位于地下的強子對撞機運轉(zhuǎn)十分正常。微型粒子會在對撞機內(nèi)以接近光速的速度對撞。吉利斯說：“一切進行得非常順利。我們將獲取大量數(shù)據(jù)，需要全世界的實驗室投入分析工作。我們需要數(shù)月甚至數(shù)年時間才能發(fā)現(xiàn)真正意義上的新東西。”

　?。茫牛遥喂賳T希望對撞機在高能運轉(zhuǎn)情況下度過最初的兩周。目前，科學家正密切關注對撞機所在的位于日內(nèi)瓦附近瑞法交界地區(qū)地下的１７英里環(huán)形隧道。他們表示，當前記錄的每秒對撞次數(shù)為１００次，是上周第一次高能運轉(zhuǎn)時的兩倍。

　　對撞能夠產(chǎn)生迷你“大爆炸”。１３７億年前的大爆炸造就了整個宇宙，星系、恒星、行星、生命以及物理學基本定律都源于這場爆炸。通過跟蹤粒子對撞后的活動，ＣＥＲＮ研究人員希望能夠揭開宇宙的一系列秘密，例如暗物質(zhì)的構(gòu)成，物質(zhì)為何擁有質(zhì)量以及是否存在除已知４個維度外的更多維度。

　　對撞能否讓“上帝粒子”現(xiàn)形

　　愛爾蘭網(wǎng)絡博彩公司Ｐａｄｄｙ Ｐｏｗｅｒ 已開出盤口，賭強子對撞機實驗上演的第一個發(fā)現(xiàn)可能是什么。暗物質(zhì)的賠率為１１比１０，黑洞為８比１、暗能量為１２比１。除此之外，科學家還有可能通過對撞揭開其他的宇宙之謎。

　　暗物質(zhì)：暗物質(zhì)是物質(zhì)的一種奇異形態(tài)。這種奇怪的物質(zhì)在宇宙中的比重超過正常物質(zhì)，但我們無法在地球上對它們進行觀測。雖然無法直接觀測到暗物質(zhì)的存在，但科學家可以觀測到它們的引力效應。１９３４年，科學家第一次提出存在暗物質(zhì)這種假設，充當星系“質(zhì)量短缺”的一個證據(jù)。據(jù)信，暗物質(zhì)在構(gòu)成宇宙的所有物質(zhì)中所占比重為四分之三左右。迄今為止，科學家只在實驗中發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)存在線索。

　　希格斯玻色子：希格斯玻色子是大型強子對撞機重點尋找的粒子，能夠解釋質(zhì)量的來源。１９６４年，彼得?希格斯第一次提出希格斯玻色子的存在。希格斯玻色子經(jīng)常被稱之為“上帝粒子”，科學家認為正是這種粒子賦予宇宙萬物以質(zhì)量。但這種粒子只存在于理論中，科學家從未在實際研究中觀測到它的蹤影。

　　超對稱性：超對稱性理論認為，宇宙中的每一個粒子都擁有一個與之相對稱并且更重的“雙胞胎兄弟”。這是一項極好的理論，但能夠支撐這一理論的證據(jù)卻少得可憐。

　　再現(xiàn)大爆炸：在大型離子對撞機實驗中，重鉛核子將進行對撞，產(chǎn)生１０萬倍于太陽中部的溫度，進而形成一個大爆炸后瞬間存在的微型版的“原始湯”。

　　額外維度：我們生活在三維空間，但物理學家認為可能存在１０個或者２６個維度，只是無法被我們的肉眼觀察到。

　　基本粒子：大型強子對撞機是世界上能量最高的粒子加速器，有可能發(fā)現(xiàn)粒子中的夸克?？淇四壳爸皇且环N理論上的構(gòu)成強子的粒子。

　　以上這幾大未解之謎哪怕解開一個，都將是物理學上的重大突破。所以，對撞機成功進行對撞實驗具有非常重大的意義，可以與工業(yè)革命、人類進入電氣和核能時代以及牛頓、愛迪生和愛因斯坦所取得的偉大成就相提并論。

　　“迷你黑洞”

　　會毀掉地球嗎

　　牛津大學物理系的奇戴姆?艾瑟威爾表示：“２００３年，作為粒子物理學家的我對黑洞產(chǎn)生了興趣，因為更多維的模型顯示，高能宇宙射線甚至粒子加速器里都有可能產(chǎn)生黑洞。如果我們真能生成這種物體，我們就能夠通過實驗，更好地了解量子引力效應。”她希望通過研究黑洞，可以得出一個公式化的量子引力理論：把愛因斯坦的廣義相對論（從宏觀上描述了引力）與量子力學（從微觀角度描述了物理學）嫁接在一起。

　　大型強子對撞機是質(zhì)子與質(zhì)子相撞。這些質(zhì)子由更小的成分構(gòu)成，即所謂的“部分子”，事實上它們才是大型強子對撞機里正在相撞的粒子。奇戴姆解釋說：“常規(guī)物理模型中，兩個質(zhì)子相撞根本不會產(chǎn)生黑洞。然而也有模型顯示，在非常小的距離內(nèi)引力會變得異常大。如果這種猜測屬實，大型強子對撞機里兩個質(zhì)子相撞，彼此穿過對方，并非沒有可能。如果真是這樣，我們或許可以生成一個微型黑洞。”

　　這些“迷你黑洞”是什么樣的？我們應該擔心它們嗎？奇戴姆告訴我說：“據(jù)著名天體物理學家史蒂芬?霍金說，事實上它們不會那么黑暗。隨著黑色天體不斷輻射波譜，它們最終會消失。它們的消失速度與黑洞的質(zhì)量成反比。龐大黑洞的質(zhì)量非常大，它們的消失速度可以忽略不計。與之相比，‘迷你黑洞’非常熱：熱得令人難以置信。我們太陽的核心大約有１５００萬開氏溫標，然而它要想趕上‘迷你黑洞’的溫度，你必須再在這個數(shù)字后面添加４２個零。這種令人難以置信的高溫意味著‘迷你黑洞’會很快消失在它們周圍溫度更低的太空里。它們的潛在壽命大約是一億分之一秒的一千的九次方分之一。因此它們產(chǎn)生后會在剎那間消失。”

　　如果它們果真出現(xiàn)了，它們會立刻變成很多小粒子，利用ＡＴＬＡＳ探測器可以發(fā)現(xiàn)它們。奇戴姆說：“這些粒子將擁有非常驚人的特征。儲存在探測器里的總能量大約是幾兆電子伏特，終態(tài)粒子的數(shù)量會非常大。利用其他新物理學幾乎無法模擬黑洞的特征，如果它們果真產(chǎn)生了，我們就不會錯過它們。”

　　毫無疑問，即使這樣的“迷你黑洞”真的形成了，它也不會毀滅地球，只會幫助科學家更好地了解宇宙。