建造過程和探索微觀粒子的(de)目的(de)
大型強子(zi)對撞器(qi)，英文名(ming)稱為LHC（Large Hadron Collider）是一座位于瑞(rui)士日內瓦近郊(jiao)歐洲核子(zi)研究(jiu)組織CERN的粒子(zi)加速器(qi)與對撞機，作為國際高能(neng)物理學研究(jiu)之用。地理坐標為北緯46°14′00″，東經6°03′00″46.23;6.05， LHC已經建造完成。
大型強(qiang)子(zi)(zi)對撞機將是(shi)世界上最大、能量(liang)最高的(de)粒(li)子(zi)(zi)加速器，來(lai)自(zi)大約80個國(guo)家(jia)(jia)的(de)7000名(ming)(ming)科學家(jia)(jia)和工程師。由40個國(guo)家(jia)(jia)建造。是(shi)一(yi)種將質子(zi)(zi)加速對撞的(de)高能物理(li)設備。它(ta)是(shi)一(yi)個圓形加速器，深埋于(yu)地下100米，它(ta)的(de)環狀隧道(dao)有(you) 27 公(gong)里(li)長，坐(zuo)落于(yu)在瑞士(shi)日內瓦的(de)歐洲核子(zi)(zi)研究中心(xin)（又(you)名(ming)(ming)歐洲粒(li)子(zi)(zi)物理(li)實驗(yan)室），橫跨法(fa)國(guo)和瑞士(shi)的(de)邊(bian)境。
為(wei)了節省成本(ben)，物(wu)理(li)學家(jia)們(men)沒有(you)開鑿(zao)一(yi)條昂貴的(de)(de)(de)新(xin)隧道來容納(na)新(xin)的(de)(de)(de)對(dui)撞(zhuang)機(ji)，而(er)是決定(ding)拆(chai)掉原來安置在(zai)歐(ou)洲原子(zi)(zi)(zi)核研(yan)究中(zhong)心(xin)的(de)(de)(de)正(zheng)負電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)加速(su)器，代之以建造大型強子(zi)(zi)(zi)對(dui)撞(zhuang)機(ji)所需(xu)要(yao)的(de)(de)(de)5萬噸設備。當兩個(ge)質(zhi)子(zi)(zi)(zi)束在(zai)環形隧道中(zhong)沿著(zhu)反方向運動的(de)(de)(de)時(shi)候，強大的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)場使它(ta)們(men)的(de)(de)(de)能量(liang)急劇增(zeng)加。這些粒(li)(li)子(zi)(zi)(zi)每運行(xing)一(yi)圈，就會(hui)獲(huo)得(de)更多的(de)(de)(de)能量(liang)。要(yao)保持如此(ci)高能量(liang)的(de)(de)(de)質(zhi)子(zi)(zi)(zi)束繼續運行(xing)需(xu)要(yao)非常強大的(de)(de)(de)磁場。這么強的(de)(de)(de)磁場是由冷卻(que)到接近(jin)絕對(dui)零度的(de)(de)(de)超導電(dian)(dian)(dian)磁體產生(sheng)的(de)(de)(de)。物(wu)理(li)學家(jia)們(men)最希(xi)望建造的(de)(de)(de)是一(yi)個(ge)30公里長的(de)(de)(de)機(ji)器，它(ta)能以至少5千億電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)伏的(de)(de)(de)能量(liang)將電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)和(he)正(zheng)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)一(yi)起粉碎。 目前；對(dui)撞(zhuang)機(ji)已(yi)經發現了‘希(xi)格斯粒(li)(li)子(zi)(zi)(zi)希(xi)格斯玻色子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)存(cun)在(zai)，升級(ji)后發現‘夸克奇異重子(zi)(zi)(zi)’五種夸克的(de)(de)(de)‘味變’集合(he)體存(cun)在(zai)，改(gai)造升級(ji)能量(liang)的(de)(de)(de)加大還會(hui)‘探索發現’超對(dui)稱(cheng)粒(li)(li)子(zi)(zi)(zi)和(he)希(xi)格斯耦合(he)粒(li)(li)子(zi)(zi)(zi)與粒(li)(li)子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)額外維相存(cun)在(zai)。
LHC是(shi)一個(ge)國際(ji)合作(zuo)的計劃(hua)，由34個(ge)國家(jia)(jia)超(chao)過(guo)兩(liang)千位(wei)物理學(xue)家(jia)(jia)所屬的大學(xue)與實驗室所共同出資合作(zuo)興建(jian)的。
LHC包含了一個圓(yuan)(yuan)周為27公里的圓(yuan)(yuan)形隧(sui)道(dao)，因當地(di)地(di)形的緣(yuan)故位于(yu)(yu)地(di)下(xia)50至150米之間。這是(shi)先前大型電子正子加速器（LEP）所使(shi)用(yong)隧(sui)道(dao)的再(zai)利(li)用(yong)，隧(sui)道(dao)本身(shen)直徑三米，位于(yu)(yu)同一平面上，并貫穿瑞士與法國邊境，主(zhu)要的部分大半位于(yu)(yu)法國。雖然隧(sui)道(dao)本身(shen)位于(yu)(yu)地(di)底(di)下(xia)，尚有許多地(di)面設施如冷卻壓(ya)縮機，通(tong)風設備，控制電機設備，還有冷凍(dong)槽等(deng)等(deng)建構于(yu)(yu)其上。
加速(su)(su)器(qi)通道中，主要(yao)是(shi)放(fang)置兩個質子束管。加速(su)(su)管由超(chao)導(dao)磁鐵(tie)所(suo)包覆(fu)，以(yi)液(ye)態氦來冷卻。管中的(de)質子是(shi)以(yi)相反的(de)方(fang)向(xiang)，環繞著整個環型加速(su)(su)器(qi)運行(xing)。除此之外(wai)，在(zai)四個實驗碰撞點附近(jin)，另有安(an)裝其他的(de)偏向(xiang)磁鐵(tie)及聚焦磁鐵(tie)。
LHC加速環(huan)的(de)四個(ge)碰(peng)撞點，分(fen)別設有五個(ge)偵(zhen)(zhen)(zhen)測器(qi)(qi)(qi)在碰(peng)撞點的(de)地(di)穴中。其(qi)(qi)中超環(huan)面儀器(qi)(qi)(qi) （ATLAS）與緊(jin)湊渺子線圈（CMS）是(shi)通用(yong)型的(de)粒子偵(zhen)(zhen)(zhen)測器(qi)(qi)(qi)。其(qi)(qi)他三個(ge)（LHC底夸克偵(zhen)(zhen)(zhen)測器(qi)(qi)(qi)（LHCb），大(da)型離子對撞器(qi)(qi)(qi)（ALICE）以及全截面彈性(xing)散射偵(zhen)(zhen)(zhen)測器(qi)(qi)(qi)（TOTEM）則是(shi)較小型的(de)特(te)殊目標偵(zhen)(zhen)(zhen)測器(qi)(qi)(qi)。
1994年，大(da)型強子(zi)對(dui)撞(zhuang)(zhuang)機項目(mu)立項后，林恩(en)·埃文斯(si)理所(suo)當(dang)然地(di)就成為(wei)了這(zhe)個耗資(zi)百億美元的項目(mu)的負責人。對(dui)撞(zhuang)(zhuang)機從(cong)設計(ji)到(dao)建(jian)造，都由他全權負責。14年后，在瑞(rui)士(shi)和(he)法(fa)國交界地(di)區地(di)下100米(mi)深處的周長為(wei)27公里的環(huan)形隧道里，埃文斯(si)和(he)全球80多個國家近萬名科學家的心血結(jie)晶——大(da)型強子(zi)對(dui)撞(zhuang)(zhuang)機正式建(jian)成。
在2005年10月25日，因(yin)為起重機載(zai)貨的意(yi)外掉落，造成一位技術人員(yuan)的喪(sang)生。
2007年3月27日(ri)，由費米實驗室所(suo)負責建造，一個用于 LHC 內部的三(san)極低溫超導磁鐵（屬于聚焦(jiao)用四(si)極磁鐵），因為(wei)支撐架的設計不良，在(zai)壓(ya)力測試時發(fa)生破損。雖然沒有造成(cheng)人員的傷亡，但是卻嚴重影響了 LHC 開始運作的時程。
2008年6月15日(ri)，在埃(ai)文(wen)斯(si)的(de)(de)退休儀式上，這(zhe)6位(wei)主任紛(fen)紛(fen)親(qin)自(zi)出面或(huo)通過視頻向他(ta)致以敬意。他(ta)們還聯(lian)合簽署了(le)一份文(wen)件，將大型強子(zi)對撞機以林恩(en)·埃(ai)文(wen)斯(si)的(de)(de)名字命名，并制作了(le)一個對撞機偶(ou)極子(zi)的(de)(de)小(xiao)模型贈(zeng)送給埃(ai)文(wen)斯(si)。
2008年(nian)9月10日，對撞機初次啟動進行測試(shi)(shi)。埃文斯將手(shou)指(zhi)放在(zai)鼠標上，親自(zi)點(dian)擊(ji)啟動了(le)首次測試(shi)(shi)。這次測試(shi)(shi)是(shi)研(yan)究人員(yuan)將一個質(zhi)(zhi)子束以順時針(zhen)方向注(zhu)入到加速(su)(su)器中，讓其加速(su)(su)到99.9998%光速(su)(su)的超(chao)快速(su)(su)度，從而使此質(zhi)(zhi)子束在(zai)全(quan)長(chang)27公里(li)的環形隧道中以每秒11245圈的速(su)(su)度狂飆。這一幕通過(guo)網絡視頻向世界進行了(le)直播，還有300多名記者來到此實驗(yan)室目睹測試(shi)(shi)過(guo)程。
2008年(nian)9月19日，LHC，第三與(yu)第四(si)段之間(jian)，用來冷卻超(chao)(chao)導(dao)磁(ci)(ci)鐵(tie)的(de)(de)液(ye)態氦，發生了嚴重(zhong)的(de)(de)泄漏。據推測是由(you)于聯接兩個超(chao)(chao)導(dao)磁(ci)(ci)鐵(tie)的(de)(de)接點接觸不(bu)良，在(zai)超(chao)(chao)導(dao)高電(dian)流的(de)(de)情況下融毀所造成(cheng)的(de)(de)。依據CERN的(de)(de)安全條(tiao)例，必需將(jiang)磁(ci)(ci)鐵(tie)升(sheng)回(hui)到室溫后詳細檢(jian)查才(cai)能繼續運轉，這將(jiang)需要(yao)三到四(si)周的(de)(de)時間(jian)。要(yao)再冷卻回(hui)運作(zuo)溫度，也是得(de)經過三四(si)周的(de)(de)時間(jian)，如此正好遇(yu)上預定的(de)(de)年(nian)度檢(jian)修時程，因(yin)此要(yao)開(kai)始運作(zuo)將(jiang)可能延(yan)遲至2009年(nian)春天。
2008年10月(yue)16日，CERN發布了關(guan)于液態氦泄漏事件(jian)的調查分析(xi)，證(zheng)實了先前推測的為兩超導磁鐵間接點(dian)不良所(suo)造成(cheng)的。由于安全條例確實地(di)實行、安全設計(ji)皆有正常工作、并且替換用的零件(jian)都有庫存，預期2009年6月(yue)重啟。
2008年9月10日下午15：30正式開始運作，成為世界上最大的粒子加速器設施。
2008年9月19日，LHC第三(san)與第四段之(zhi)間，用來冷卻超導磁鐵的液態氦(hai)，發生(sheng)了嚴重的泄漏，導致對撞(zhuang)機(ji)暫停運轉。
自(zi)大約80個國家(jia)的7000名科學(xue)家(jia)和工程師參與了該項目。
60余名中(zhong)(zhong)(zhong)國科(ke)學家（其中(zhong)(zhong)(zhong)近四十人為臺灣科(ke)學家）參(can)(can)(can)與強子對撞機實驗。四個主要(yao)實驗均(jun)有(you)中(zhong)(zhong)(zhong)國科(ke)研單位和(he)高(gao)校參(can)(can)(can)與，分(fen)別(bie)為：中(zhong)(zhong)(zhong)科(ke)院(yuan)高(gao)能物(wu)理研究所(suo)、中(zhong)(zhong)(zhong)國科(ke)技大(da)(da)(da)學、山(shan)東大(da)(da)(da)學、南京大(da)(da)(da)學參(can)(can)(can)與ATLAS實驗；中(zhong)(zhong)(zhong)科(ke)院(yuan)高(gao)能物(wu)理研究所(suo)、北(bei)京大(da)(da)(da)學參(can)(can)(can)與CMS實驗；華中(zhong)(zhong)(zhong)師范大(da)(da)(da)學參(can)(can)(can)與ALICE實驗；清華大(da)(da)(da)學參(can)(can)(can)與LHCb實驗。
大型強子(zi)(zi)對撞機（LHC）是歐洲(zhou)粒子(zi)(zi)物(wu)理研究所(suo)(CERN）的加速器復合體的最新補充。
在這(zhe)(zhe)(zhe)個加(jia)速(su)(su)器里面，2束高(gao)能粒子流在彼此相撞之前，以接近光速(su)(su)的(de)速(su)(su)度(du)向(xiang)前傳播。這(zhe)(zhe)(zhe)兩(liang)束粒子流分(fen)別通過不同光束管(guan)，向(xiang)相反方向(xiang)傳播，這(zhe)(zhe)(zhe)兩(liang)根管(guan)子都處于超(chao)高(gao)真空(kong)狀態。一(yi)個強磁(ci)場(chang)促使(shi)它們圍繞那個加(jia)速(su)(su)環運行，這(zhe)(zhe)(zhe)個強磁(ci)場(chang)是(shi)利(li)用超(chao)導電磁(ci)石獲得(de)的(de)。這(zhe)(zhe)(zhe)些超(chao)導電磁(ci)石是(shi)利(li)用特殊電纜線制成的(de)，它們在超(chao)導狀態下進行操作，有(you)效傳導電流，沒有(you)電阻消耗或能量損(sun)失。要(yao)達(da)到這(zhe)(zhe)(zhe)種(zhong)結果，大約需要(yao)將(jiang)磁(ci)體冷卻到零下271℃，這(zhe)(zhe)(zhe)個溫度(du)比外太(tai)空(kong)的(de)溫度(du)還低(di)。由于這(zhe)(zhe)(zhe)個原因，大部分(fen)加(jia)速(su)(su)器都與(yu)一(yi)個液態氦分(fen)流系統和其(qi)他設備(bei)相連，這(zhe)(zhe)(zhe)個液態氦分(fen)流系統是(shi)用來冷卻磁(ci)體的(de)。
大(da)型(xing)強(qiang)子(zi)(zi)(zi)(zi)對(dui)撞(zhuang)機(ji)(ji)利用(yong)(yong)(yong)數千(qian)個種(zhong)類不同，型(xing)號各(ge)異的(de)磁(ci)體，給該(gai)加(jia)速(su)器周圍的(de)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)束指引(yin)方向。這些磁(ci)體中(zhong)包括15米長的(de)1232雙極磁(ci)體和392四極磁(ci)體，1232雙極磁(ci)體被(bei)用(yong)(yong)(yong)來彎(wan)曲粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)束，392四極磁(ci)體每個都有5到7米長，它們(men)(men)被(bei)用(yong)(yong)(yong)來集中(zhong)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)流(liu)。在碰撞(zhuang)之前(qian)，大(da)型(xing)強(qiang)子(zi)(zi)(zi)(zi)對(dui)撞(zhuang)機(ji)(ji)利用(yong)(yong)(yong)另一種(zhong)類型(xing)的(de)磁(ci)體“擠壓(ya)”粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)，讓它們(men)(men)彼此靠(kao)的(de)更近，以增加(jia)它們(men)(men)成功相(xiang)撞(zhuang)的(de)機(ji)(ji)會。這些粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)非常小，讓它們(men)(men)相(xiang)撞(zhuang)，就(jiu)如同讓從(cong)相(xiang)距10公(gong)里的(de)兩(liang)地發射出來的(de)兩(liang)根針相(xiang)撞(zhuang)一樣。
這個加(jia)速器(qi)(qi)、它的(de)(de)(de)(de)儀器(qi)(qi)和技術方面的(de)(de)(de)(de)基礎設施的(de)(de)(de)(de)操作器(qi)(qi)，都(dou)安裝(zhuang)在歐洲粒(li)子物理研究所控制中心的(de)(de)(de)(de)同一座建(jian)筑內(nei)。在這里，大(da)型強子對(dui)撞(zhuang)機內(nei)的(de)(de)(de)(de)粒(li)子流將(jiang)在加(jia)速器(qi)(qi)環周圍的(de)(de)(de)(de)4個區(qu)域(yu)相撞(zhuang)，這4個區(qu)域(yu)與(yu)粒(li)子探測(ce)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)位置相對(dui)應。
兩個(ge)對撞加速管(guan)中(zhong)(zhong)的(de)質子(zi)(zi)(zi)，各具有的(de)能量為(wei) 7 TeV （兆兆電子(zi)(zi)(zi)伏(fu)特），總撞擊能量達 14 TeV之譜(pu)。每個(ge)質子(zi)(zi)(zi)環繞整(zheng)個(ge)儲存環的(de)時間為(wei) 89 微秒(miao)(miao)（microsecond）。因為(wei)同步(bu)加速器(qi)的(de)特性，加速管(guan)中(zhong)(zhong)的(de)粒子(zi)(zi)(zi)是(shi)以粒子(zi)(zi)(zi)團(tuan)(tuan)（bunch）的(de)形式，而非連續的(de)粒子(zi)(zi)(zi)流。整(zheng)個(ge)儲存環將(jiang)(jiang)會(hui)有2800個(ge)粒子(zi)(zi)(zi)團(tuan)(tuan)，最短碰(peng)撞周(zhou)期為(wei) 25 納秒(miao)(miao)（nanosecond）。在加速器(qi)開始運(yun)作的(de)初期，將(jiang)(jiang)會(hui)以軌道(dao)中(zhong)(zhong)放入(ru)較(jiao)少(shao)的(de)粒子(zi)(zi)(zi)團(tuan)(tuan)的(de)方式運(yun)作，碰(peng)撞周(zhou)期為(wei) 75 納秒(miao)(miao)，再逐步(bu)提升到設計目標。
在粒子(zi)入射(she)到(dao)(dao)主加(jia)(jia)(jia)速(su)(su)環(huan)之前，會(hui)先經過(guo)一系列加(jia)(jia)(jia)速(su)(su)設施，逐級提升(sheng)(sheng)能量(liang)。其中(zhong)，由兩個直線加(jia)(jia)(jia)速(su)(su)器(qi)(qi)(qi)所構成的(de)(de)(de)質子(zi)同(tong)步(bu)加(jia)(jia)(jia)速(su)(su)器(qi)(qi)(qi) （PS）將產生50 MeV的(de)(de)(de)能量(liang)，接(jie)著(zhu)質子(zi)同(tong)步(bu)推(tui)進(jin)器(qi)(qi)(qi) （PSB）提升(sheng)(sheng)能量(liang)到(dao)(dao)1.4GeV。而質子(zi)同(tong)步(bu)加(jia)(jia)(jia)速(su)(su)環(huan)可(ke)達(da)到(dao)(dao)26 GeV的(de)(de)(de)能量(liang)。低能量(liang)入射(she)環(huan)（LEIR）為一離(li)子(zi)儲存與冷卻(que)的(de)(de)(de)裝(zhuang)置。反(fan)物質減(jian)速(su)(su)器(qi)(qi)(qi) （AD）可(ke)以將3.57 GeV的(de)(de)(de)反(fan)質子(zi)，減(jian)速(su)(su)到(dao)(dao)2 GeV。最后超(chao)級質子(zi)同(tong)步(bu)加(jia)(jia)(jia)速(su)(su)器(qi)(qi)(qi)(SPS）可(ke)提升(sheng)(sheng)質子(zi)的(de)(de)(de)能量(liang)到(dao)(dao)450 GeV。
LHC也可(ke)以(yi)用來加速對撞重離(li)子(zi)，例如鉛（Pb）離(li)子(zi)可(ke)加速到1150 TeV。由于LHC有著對工程技(ji)術上極端的(de)(de)(de)挑戰，安全上的(de)(de)(de)確保是極其重要的(de)(de)(de)。當LHC開始運作(zuo)時，磁鐵中的(de)(de)(de)總(zong)能量高達100億焦耳（GJ），而粒(li)子(zi)束中的(de)(de)(de)總(zong)能量也高達725百萬焦耳（MJ）。只需要10?7總(zong)粒(li)子(zi)能量便可(ke)以(yi)使超(chao)導(dao)(dao)磁鐵脫離(li)超(chao)導(dao)(dao)態，而丟(diu)棄全部的(de)(de)(de)加速粒(li)子(zi)可(ke)相當于一個(ge)小型的(de)(de)(de)爆炸。
林恩·埃文斯(Lyn Evans)，歐(ou)洲大型強子對(dui)撞(zhuang)機的(de)領導者。是(shi)威爾士一位礦工的(de)兒子，在阿布戴爾(Aberdare)中學(xue)(xue)時就對(dui)科學(xue)(xue)萌發了(le)興(xing)趣，獲得了(le)英(ying)國斯(si)旺西大學(xue)(xue)的(de)物理學(xue)(xue)博(bo)士學(xue)(xue)位。
1969年，他花3個月時間訪問了歐洲(zhou)核子(zi)物理研究(jiu)組織(zhi)（CERN）項(xiang)目。從(cong)此(ci)，他和(he)妻子(zi)以及家(jia)人就定居在這(zhe)里。65歲的威爾士人林恩·埃文斯(si)大(da)(da)概可以算得(de)上是這(zhe)個世界上對(dui)“爆炸(zha)”最執著的人了。從(cong)小就愛(ai)用(yong)各(ge)種化學物質搗(dao)鼓點小爆炸(zha)的他，長大(da)(da)后又對(dui)宇宙大(da)(da)爆炸(zha)產生了興趣。
為了(le)模擬宇(yu)宙大(da)爆炸(zha)，解開宇(yu)宙之謎(mi)，他(ta)一(yi)手“策(ce)劃”了(le)堪稱世界上(shang)最(zui)大(da)科學實驗(yan)的歐(ou)洲大(da)型強子對撞機（LHC）項目(mu)。從設(she)計，建造(zao)，到實驗(yan)，埃文(wen)斯已經一(yi)路伴隨這(zhe)個(ge)項目(mu)走過了(le)近(jin)16個(ge)年頭。5個(ge)月前正式從歐(ou)洲核子研究(jiu)中心(xin)（CERN）退休后，埃文(wen)斯漸(jian)漸(jian)放慢(man)了(le)工作節奏(zou)，但(dan)他(ta)依然沒(mei)有離(li)開LHC項目(mu)。盡管(guan)不再(zai)擔(dan)任(ren)項目(mu)負責(ze)人，他(ta)在CMS（緊湊繆子線圈）實驗(yan)小組中仍然擔(dan)任(ren)著重要工作。
歐洲核子(zi)研究中(zhong)心于2008年9月10日啟動大(da)型強子(zi)對撞機(ji)（LHC）。這個世界上最大(da)的(de)機(ji)器，有望揭(jie)開宇宙起源的(de)奧(ao)秘(mi)在內五大(da)謎(mi)團。
過(guo)去(qu)幾十年來，物理(li)(li)學家不斷在細節上加深對構(gou)成(cheng)宇宙(zhou)的(de)(de)(de)(de)基本粒(li)子(zi)及其交互(hu)作用的(de)(de)(de)(de)了(le)解(jie)。了(le)解(jie)的(de)(de)(de)(de)加深讓粒(li)子(zi)物理(li)(li)學的(de)(de)(de)(de)“標準模型(xing)”變得更為豐(feng)滿(man)，但這個模型(xing)中仍存(cun)在縫隙，以(yi)至于我們無法繪制一幅完整的(de)(de)(de)(de)圖畫。為了(le)幫(bang)助科(ke)學家揭示粒(li)子(zi)物理(li)(li)學上這些(xie)關鍵性的(de)(de)(de)(de)未解(jie)之謎，需要大(da)量實驗(yan)數(shu)據支持，大(da)型(xing)強子(zi)對撞(zhuang)(zhuang)(zhuang)機便擔負起“數(shu)據提(ti)供者(zhe)”的(de)(de)(de)(de)角(jiao)色，這也是非(fei)常(chang)重要的(de)(de)(de)(de)一個步驟。大(da)型(xing)強子(zi)對撞(zhuang)(zhuang)(zhuang)機能夠將兩(liang)束質子(zi)加速到空前的(de)(de)(de)(de)能量狀態而(er)后發生相撞(zhuang)(zhuang)(zhuang)，此時的(de)(de)(de)(de)撞(zhuang)(zhuang)(zhuang)擊可能帶來意想(xiang)不到的(de)(de)(de)(de)結果，絕對是任何人都無法想(xiang)象(xiang)的(de)(de)(de)(de)。
牛(niu)頓未完(wan)成(cheng)的工作——什么(me)是質量？
質量(liang)(liang)的(de)起源是什么？為什么微小粒(li)(li)子擁有(you)質量(liang)(liang)，而其它一(yi)(yi)些粒(li)(li)子卻(que)沒有(you)這(zhe)(zhe)種“待(dai)遇”？對于這(zhe)(zhe)些問(wen)題，科(ke)學(xue)家(jia)到現在(zai)(zai)也沒有(you)找(zhao)到一(yi)(yi)個(ge)確切答案(an)。最有(you)可能(neng)的(de)解釋似(si)乎可以在(zai)(zai)希(xi)(xi)格(ge)斯(si)玻(bo)色(se)(se)子身上(shang)找(zhao)到。希(xi)(xi)格(ge)斯(si)玻(bo)色(se)(se)子是“標準(zhun)模型”這(zhe)(zhe)一(yi)(yi)粒(li)(li)子物理學(xue)理論(lun)中(zhong)最后一(yi)(yi)種尚未(wei)被發現的(de)粒(li)(li)子，它的(de)存(cun)在(zai)(zai)是整(zheng)個(ge)“標準(zhun)模型”的(de)基石。早在(zai)(zai)1964年，蘇格(ge)蘭物理學(xue)家(jia)彼得(de)·希(xi)(xi)格(ge)斯(si)(Peter Higgs）便首次(ci)預言存(cun)在(zai)(zai)這(zhe)(zhe)種粒(li)(li)子，科(ke)學(xue)家(jia)多次(ci)通過(guo)這(zhe)(zhe)臺機器觀測到這(zhe)(zhe)種粒(li)(li)子。
ATLAS和(he)CMS實驗將積極尋找這種難(nan)于捉摸的粒子存在跡象。
一個(ge)“看不見”的問(wen)題——96%的宇宙由(you)什么構成(cheng)？
我們(men)(men)在宇(yu)宙(zhou)中看到(dao)的(de)(de)(de)一切——從小(xiao)螞蟻到(dao)巨大(da)的(de)(de)(de)星系(xi)——都是(shi)由(you)(you)普通粒(li)子構(gou)成的(de)(de)(de)。這(zhe)些(xie)粒(li)子被(bei)統(tong)稱(cheng)為物質，它們(men)(men)構(gou)成了(le)4%的(de)(de)(de)宇(yu)宙(zhou)。余下的(de)(de)(de)部分據(ju)信由(you)(you)暗物質——不發光的(de)(de)(de)物質和暗能(neng)量構(gou)成，它們(men)(men)對于整個宇(yu)宙(zhou)的(de)(de)(de)構(gou)成與運行有著極其重要的(de)(de)(de)作用。對它們(men)(men)進(jin)行探測(ce)和研(yan)究的(de)(de)(de)難度不可想(xiang)象。研(yan)究暗物質和暗能(neng)量的(de)(de)(de)性(xing)質是(shi)當今粒(li)子物理學和宇(yu)宙(zhou)學面臨的(de)(de)(de)最大(da)挑戰之一。
ATLAS和CMS實(shi)驗(yan)將尋(xun)找超(chao)級(ji)對稱的(de)粒子，用于驗(yan)證一(yi)種與暗物質構成(cheng)有關的(de)假設。
大自然的偏(pian)好——為什么找(zhao)不(bu)到反(fan)物質(zhi)？
我(wo)們生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)活在(zai)一(yi)個由物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)構成的(de)(de)世界，宇宙(zhou)萬物(wu)(wu)——包括我(wo)們人類在(zai)內都是由物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)構成的(de)(de)。反(fan)物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)就像物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)的(de)(de)一(yi)個孿生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)兄(xiong)弟，但它卻攜(xie)帶(dai)相(xiang)反(fan)電荷。在(zai)宇宙(zhou)誕生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)時，“大爆炸”產生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)了相(xiang)同(tong)數量的(de)(de)物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)和反(fan)物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)。然(ran)而，一(yi)旦這對(dui)孿生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)兄(xiong)弟碰面，它們就會“同(tong)歸于盡”，并(bing)最終轉(zhuan)換成能量。不知(zhi)何故，少量物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)幸存下來(lai)，并(bing)形成我(wo)們現在(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)活的(de)(de)宇宙(zhou)，而它的(de)(de)孿生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)兄(xiong)弟反(fan)物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)卻幾乎消失得無(wu)(wu)影無(wu)(wu)蹤(zong)。為什么大自然(ran)不能一(yi)碗水(shui)端平，平等對(dui)待(dai)這對(dui)孿生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)兄(xiong)弟呢？
LHCb實驗(yan)將尋找物質(zhi)(zhi)與反物質(zhi)(zhi)之(zhi)間的(de)差(cha)異(yi)，幫助解(jie)釋大自然為何如此偏向(xiang)。此前(qian)的(de)實驗(yan)已經(jing)觀察(cha)到兩(liang)者之(zhi)間的(de)些許不(bu)同(tong)，但迄今(jin)為止的(de)研究(jiu)發現還不(bu)足以解(jie)釋宇宙中的(de)物質(zhi)(zhi)和暗物質(zhi)(zhi)為何在數量上(shang)呈現出明(ming)顯(xian)的(de)不(bu)均衡。
“大(da)爆(bao)炸”的(de)秘密——物(wu)質(zhi)在宇(yu)宙誕生后的(de)第一秒呈什(shen)么(me)狀態？
構(gou)(gou)成(cheng)宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)萬(wan)物(wu)的(de)物(wu)質據(ju)信來源(yuan)于(yu)一(yi)系列密集(ji)而熾(chi)熱的(de)基(ji)本粒子(zi)(zi)(zi)。現在(zai)宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)中的(de)普通物(wu)質由原子(zi)(zi)(zi)構(gou)(gou)成(cheng)，原子(zi)(zi)(zi)擁有一(yi)個(ge)由質子(zi)(zi)(zi)和中子(zi)(zi)(zi)構(gou)(gou)成(cheng)的(de)核子(zi)(zi)(zi)，質子(zi)(zi)(zi)和中子(zi)(zi)(zi)都是被稱之為(wei)“膠子(zi)(zi)(zi)”的(de)其它粒子(zi)(zi)(zi)束(shu)縛(fu)夸克(ke)形成(cheng)的(de)。這種(zhong)束(shu)縛(fu)非常強大(da)，但(dan)在(zai)最初(chu)的(de)宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)，由于(yu)溫度極高加之能量巨大(da)，膠子(zi)(zi)(zi)很難將夸克(ke)結(jie)合在(zai)一(yi)起。也就是說，這種(zhong)束(shu)縛(fu)似乎是在(zai)“大(da)爆炸”發生(sheng)后的(de)最初(chu)幾微秒內形成(cheng)的(de)，此時的(de)宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)擁有一(yi)個(ge)由夸克(ke)和膠子(zi)(zi)(zi)構(gou)(gou)成(cheng)的(de)非常熾(chi)熱而密集(ji)的(de)混(hun)合物(wu)，也就是所說的(de)“夸克(ke)-膠子(zi)(zi)(zi)等離子(zi)(zi)(zi)體”。
ALICE實驗將利(li)用大型強子對撞機模擬大爆(bao)炸發生(sheng)后的原始宇宙(zhou)形態，分析夸(kua)克-膠子等離子體的性(xing)質。
隱藏的世界(jie)——空間的額外(wai)維度(du)真的存在嗎？
根據(ju)愛因斯(si)坦廣義(yi)相對(dui)論，人類生(sheng)存的三維空(kong)(kong)間加上時間軸即(ji)構成所謂四維時空(kong)(kong)。后來的理論認為，可能(neng)存在(zai)(zai)擁有(you)隱(yin)藏維度的空(kong)(kong)間。弦理論便暗(an)示(shi)額(e)外的空(kong)(kong)間維度尚未被人類觀察(cha)到，它(ta)們似乎會在(zai)(zai)高能(neng)條件下(xia)顯現(xian)出(chu)來。基于(yu)這(zhe)種推測，科(ke)學家將對(dui)所有(you)探測器(qi)獲得(de)的數據(ju)進(jin)行仔細(xi)分析，以尋(xun)找額(e)外維度存在(zai)(zai)跡(ji)象。
物理學家希望借由加(jia)速(su)器對撞機來幫(bang)助(zhu)他們解答下(xia)列的問題：
標準模型(xing)中所流行的造成基本粒(li)子質量(liang)的希格斯機制是真(zhen)實(shi)的嗎？
真(zhen)是如此的話，希格斯粒(li)子有多少(shao)種(zhong)，質量(liang)又分別是多少(shao)呢(ni)？
當重子的質(zhi)量被更精確的測量時，標準模型是(shi)否(fou)仍然(ran)成立的？
粒子是否有相對(dui)應的超對(dui)稱(cheng)（SUSY）粒子存在(zai)？
為何(he)物質與反(fan)物質是不對稱的？
有更高維度(du)的空間（Kaluza-Kleintheory,extradimensions）存在嗎？
我們可(ke)以見到這(zhe)啟(qi)發弦論的現象嗎？
宇宙(zhou)有96%的質量是(shi)天文學上無法觀測到的，這(zhe)些到底是(shi)什么(me)？
為(wei)何萬有引(yin)力比起其他三個基本作(zuo)(zuo)用(yong)力（電磁力，強作(zuo)(zuo)用(yong)力，弱作(zuo)(zuo)用(yong)力）差了這么多個數量(liang)級？
重離子對撞機
雖然LHC的(de)(de)物理實(shi)驗(yan)計劃(hua)，著重于研究質(zhi)子(zi)(zi)(zi)對撞(zhuang)(zhuang)后的(de)(de)現象。然而，短(duan)期(qi)的(de)(de)如每年一個月的(de)(de)重離子(zi)(zi)(zi)對撞(zhuang)(zhuang)也在(zai)實(shi)驗(yan)計劃(hua)之中。雖然其他(ta)較輕的(de)(de)離子(zi)(zi)(zi)對撞(zhuang)(zhuang)實(shi)驗(yan)也是(shi)可(ke)行的(de)(de)，主(zhu)要的(de)(de)規(gui)劃(hua)為鉛離子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)對撞(zhuang)(zhuang)實(shi)驗(yan)。
世界上最大的機器
大(da)型強子(zi)對(dui)撞機的精(jing)確(que)周(zhou)長是2.6659萬(wan)米，內部(bu)總共有(you)(you)9300個(ge)磁(ci)體(ti)。大(da)型強子(zi)對(dui)撞機不(bu)僅(jin)是世(shi)界上最大(da)的粒(li)子(zi)加速器，而且(qie)僅(jin)它的制(zhi)冷分(fen)配(pei)系(xi)統（cryogenic distribution system）的八分(fen)之一(yi)，就稱得上是世(shi)界上最大(da)的制(zhi)冷機。制(zhi)冷分(fen)配(pei)系(xi)統在(zai)充(chong)滿近(jin)60噸(dun)液(ye)(ye)態氦(hai)，將所有(you)(you)磁(ci)體(ti)都冷卻到(dao)零下(xia)271.3℃（1.9開(kai)氏度(du)）前，它將先利用1.008萬(wan)噸(dun)液(ye)(ye)態氮將這些磁(ci)體(ti)的溫度(du)降低到(dao)零下(xia)193.2℃。
世界上最快的跑道
功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)達(da)到(dao)最(zui)大時，數萬(wan)億(yi)(yi)(yi)個質子(zi)將在(zai)大型(xing)強子(zi)對撞機周圍(wei)的(de)(de)加速(su)器環(huan)內(nei)以(yi)(yi)每秒1.1245萬(wan)次的(de)(de)頻率(lv)(lv)急速(su)穿(chuan)行(xing)，它們的(de)(de)速(su)度是光速(su)的(de)(de)99.9999991%。兩束質子(zi)束分別(bie)以(yi)(yi)70000億(yi)(yi)(yi)電子(zi)伏(fu)特的(de)(de)最(zui)大功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)相(xiang)向(xiang)而(er)行(xing)，在(zai)功(gong)(gong)(gong)率(lv)(lv)達(da)到(dao)140000億(yi)(yi)(yi)電子(zi)伏(fu)特時發生(sheng)碰撞。每秒總共能發生(sheng)大約6億(yi)(yi)(yi)次撞擊(ji)。
太陽系中最空的空間
為了避免加速器中的粒子束與空氣分子相撞，這些粒子(zi)(zi)束在像行(xing)星間的(de)空(kong)(kong)間一樣空(kong)(kong)蕩的(de)超真空(kong)(kong)環境中穿(chuan)行(xing)。大型強子(zi)(zi)對撞機的(de)內壓(ya)是10^（-13）（10的(de)負13次(ci)方）個大氣壓(ya)，比月球上的(de)壓(ya)力小10倍(bei)。
銀河系最熱點
大型強子對(dui)(dui)撞(zhuang)機是一(yi)個極(ji)熱和極(ji)冷并存的(de)機器。當(dang)兩束(shu)質子束(shu)相撞(zhuang)時(shi)，它們將在一(yi)個極(ji)小的(de)空間內產生比太陽中心熱10萬倍的(de)高溫(wen)。與之相比，促使(shi)超流體氦在加速器環周圍循環的(de)制(zhi)冷分配系統，讓大型強子對(dui)(dui)撞(zhuang)機保持(chi)在零下(xia)271.3℃（1.9開氏度）的(de)超低(di)溫(wen)環境下(xia)，這個溫(wen)度比外太空的(de)溫(wen)度還低(di)。
史上最先進的探測器
為了抽(chou)樣(yang)檢(jian)查和記(ji)錄每(mei)秒(miao)(miao)多達6億次的(de)質子(zi)相撞(zhuang)結果，物(wu)理學家和工程師(shi)已(yi)經制造了測量粒(li)(li)子(zi)的(de)精(jing)(jing)確(que)度(du)是微米(mi)的(de)龐(pang)大(da)儀器(qi)。大(da)型強子(zi)對撞(zhuang)機的(de)探測器(qi)擁有先進的(de)電子(zi)觸發系統，它測量粒(li)(li)子(zi)經過時(shi)(shi)所(suo)用(yong)時(shi)(shi)間的(de)精(jing)(jing)確(que)度(du)，大(da)約是十億分之(zhi)一秒(miao)(miao)。這個觸發系統在(zai)確(que)定(ding)粒(li)(li)子(zi)的(de)位置時(shi)(shi)，精(jing)(jing)確(que)度(du)可(ke)達百(bai)萬分之(zhi)一米(mi)。這種令人難以置信的(de)快速和精(jing)(jing)確(que)反應，是確(que)保一個探測器(qi)連(lian)續層內記(ji)錄的(de)粒(li)(li)子(zi)保持一致(zhi)的(de)基礎。
世界最強大計算機系統
記錄大型強(qiang)子對撞機進(jin)行的每項大試驗的數據(ju)(ju)，每年(nian)大約(yue)足夠刻10億張雙(shuang)面(mian)DVD光盤(pan)。據(ju)(ju)估(gu)計，大型強(qiang)子對撞機的壽(shou)命是15年(nian)。為了讓世界(jie)各(ge)地(di)的數千名科(ke)學家在未來(lai)15年(nian)內通力(li)合(he)作，分析這些數據(ju)(ju)，分布在世界(jie)各(ge)地(di)的好(hao)幾(ji)萬臺電腦(nao)將利用一種被(bei)稱作網格的分散式計算網（distributed computing network）實施研究工作。
世界(jie)各地的數(shu)(shu)千名科(ke)學家(jia)都希(xi)望了(le)解(jie)(jie)并分析這些數(shu)(shu)據。為(wei)(wei)了(le)解(jie)(jie)決這個問題，目前(qian)歐洲粒子(zi)物理研(yan)究(jiu)所（CERN）正在(zai)建一(yi)(yi)個分散的計(ji)算和數(shu)(shu)據儲(chu)存(cun)設施(shi)——大(da)(da)(da)型強子(zi)對(dui)(dui)撞機(ji)計(ji)算網格（LCG）。大(da)(da)(da)型強子(zi)對(dui)(dui)撞機(ji)實驗(yan)產生的數(shu)(shu)據，將通過歐洲粒子(zi)物理研(yan)究(jiu)所記錄在(zai)磁帶進行原始(shi)文件備份后(hou)，再分發到世界(jie)各地。經過初(chu)始(shi)加工(gong)，這種數(shu)(shu)據將被(bei)傳(chuan)送(song)到可為(wei)(wei)大(da)(da)(da)量數(shu)(shu)據提供(gong)充(chong)足儲(chu)存(cun)空(kong)間的一(yi)(yi)系列大(da)(da)(da)型計(ji)算機(ji)中(zhong)心(xin)，這些計(ji)算機(ji)中(zhong)心(xin)一(yi)(yi)天二十四(si)小(xiao)時(shi)不停(ting)地為(wei)(wei)大(da)(da)(da)型強子(zi)對(dui)(dui)撞機(ji)計(ji)算網格提供(gong)服(fu)務(wu)。
中(zhong)(zhong)國臺(tai)灣也參(can)與(yu)其(qi)中(zhong)(zhong)，負(fu)責其(qi)中(zhong)(zhong)兩項重要系統的(de)研發，并處理龐(pang)大實驗(yan)(yan)(yan)數據(ju)。亞洲(zhou)唯(wei)一(yi)的(de)電腦(nao)中(zhong)(zhong)心就設在臺(tai)灣的(de)中(zhong)(zhong)研院(yuan)。這(zhe)次臺(tai)灣約有40名科(ke)學家(jia)參(can)與(yu)這(zhe)項國際實驗(yan)(yan)(yan)，負(fu)責世界(jie)上(shang)最(zui)大與(yu)最(zui)重的(de)偵測器研發，而且處理龐(pang)大實驗(yan)(yan)(yan)數據(ju)所(suo)倚賴(lai)的(de)「網(wang)格電腦(nao)」就設在臺(tai)灣的(de)中(zhong)(zhong)研院(yuan)。
經過這些(xie)(xie)計算(suan)機中心(xin)(xin)的處理，其他設(she)備就(jiu)可使(shi)用這些(xie)(xie)數(shu)據了(le)，其他的設(she)備每個(ge)(ge)(ge)都有一個(ge)(ge)(ge)或幾(ji)個(ge)(ge)(ge)實施特(te)殊(shu)分析任(ren)務的聯合計算(suan)機中心(xin)(xin)組成。當個(ge)(ge)(ge)科學(xue)家可通過大(da)學(xue)部(bu)門的局域網或個(ge)(ge)(ge)人電(dian)腦了(le)解這些(xie)(xie)設(she)備，這些(xie)(xie)人可能會經常(chang)查(cha)看大(da)型強(qiang)子對撞機計算(suan)網格(ge)。
2014年7月，中國北京高能物理研究(jiu)所正在(zai)籌備一個兩倍于LHC的環(huan)形粒(li)子對(dui)撞機。
中國(guo)將要(yao)修建(jian)的對(dui)(dui)撞機周長達到了52公里，對(dui)(dui)撞能量高達70 TeV。按(an)計劃，中國(guo)的對(dui)(dui)撞機將在初期階段只針對(dui)(dui)電子，且(qie)對(dui)(dui)撞能量僅有能量240 GeV，而后期則逐漸開足馬力進行質子對(dui)(dui)撞。
預計中國(guo)(guo)的對撞機將在2028年(nian)投(tou)入(ru)使(shi)用，耗資(zi)30億美元(yuan)，目(mu)前(qian)尚不(bu)清楚這是否是一個與(yu)國(guo)(guo)外同行攜手進行的聯合項目(mu)。
你猜(cai)我猜(cai)不(bu)猜(cai)
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