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經過十幾年的建造,歐洲核子研究中心大型強子對撞機於10日在靠近法國和瑞士邊境的地下實驗室正式啟動,並成功實現了第一束質子束流貫穿整個對撞機。
當地時間10日9時38分(北京時間10日15時38分),第一束質子束流被注入安裝在地下100米深處27公裡長環形隧道內的大型強子對撞機。隨後,歐洲核子研究中心主任羅貝爾·艾馬和大型強子對撞機項目主任林恩·埃萬斯宣布,大型強子對撞機正式啟動。
第一束質子束流注入對撞機後,須逐段調整並走通對撞機的全部8段。當地時間10時25分左右,科研人員宣布第一束質子束流貫穿了整個大型強子對撞機。
在第一束質子束流實現貫穿後,經過數小時至數十小時調試,第二束質子束流將被反方向注入對撞機。再經過一段時間極其復雜精密的調試,纔能開始實現兩束質子束流的對撞。
質子束流粗細如一根頭發
當地時間10日上午9時38分,隨著一束質子束流注入對撞機,實驗正式啟動。負責實驗的歐洲核子研究中心發言人葆拉·凱特帕諾說:『質子束流粗細如同一根頭發。』
這臺對撞機是世界最大的粒子加速器,建於瑞士和法國邊境地區地下100米深處的環形隧道中。
5秒鍾後,實驗項目位於日內瓦的控制室內電腦收到信號,顯示實驗進展順利。
開足馬力的對撞機能夠確保數萬億粒子以高速流過將近27公裡長的地下隧道,最高速度將近每秒鍾30萬公裡,相當於光速的99.99%。以如此高速,質子束流每秒可在隧道內狂飆11245圈,單束能量達到7萬億電子伏特。
不過,10日實驗注入對撞機的質子束流運動速度相對較慢,每隔幾公裡為一段,在隧道中移動。這是為了檢測所有設備是否運行正常,包括安裝在隧道壁上為數不少的粒子探測器。
實驗啟動近一個小時後,兩個白點在控制室的電腦屏幕上閃爍,顯示質子束流已經沿隧道環繞一周。在場科學家歡呼鼓掌,慶祝第一束質子束流成功完成順時針方向『首航』。
這以後,科學家將多次重復粒子加速測試,不斷提高束流速度,嘗試從順時針和逆時針兩個方向反復實驗。
『真正的好結果是,另一束流從另一個方向過來,』歐洲核子研究中心首席發言人詹姆斯·吉利斯說:『只有當兩個方向各有一支束流過來,你纔知道確實沒有阻礙,是開始工作的時候了。』
最快今年底實現高速對撞
一切就緒之後,科學家纔會著手准備粒子高速對撞實驗,繼而再現宇宙大爆炸發生後萬億分之一秒內的情形。
著手粒子高速對撞實驗之前,科學家會嘗試從兩個方向同時發射質子束流,以較低強度進行粒子對撞。
裝置於隧道內的超導磁鐵負責為發射自兩端的質子束流『掌舵』,確保它們能夠在隧道內密布粒子探測器的4個壓縮室內相遇。『這就好像彼此瞄准的機關槍射出子彈,』物理學家丹尼爾·丹內格瑞解釋說:『一些子彈會擦身而過,一些子彈會撞擊在一起。』
現階段尚未確定進行粒子高速對撞實驗的日期。吉利斯說,實驗初始階段將以較低速度、較小規模進行粒子對撞。『我們在能量較低時積累經驗,熟悉機器性能後再進行對撞。』
據估計,粒子高速對撞實驗最早有望在今年年底進行,最晚則可能在一年以後。屆時,運行方向相反的兩束高速質子束流將在隧道內對撞,碰撞點將釋放巨大熱量和能量,與宇宙大爆炸發生時的情況相仿,只是規模較小。
對撞機實驗持續10到15年
如果最後實驗成功,科學家將分析撞擊中產生的數百萬粒子,求證希格斯玻色子的存在。
一旦粒子高速對撞成功,科學家將借助粒子檢測器,在電腦顯示器上觀察撞擊後的粒子如何聚攏在一起、各自散開或就此消融。
上述條件下,科學家們有望發現希格斯玻色子是否存在。在粒子物理學標准模型預言的62種基本粒子中,只有希格斯玻色子迄今仍未『顯形』,因此有『上帝粒子』之稱。
這種粒子44年前由英國物理學家彼得·希格斯猜想提出,據信是物質質量之源以及電子和誇克等形成質量的基礎。希格斯提出,其他粒子在希格斯玻色子構成的『海洋』中游弋,受它的作用產生慣性,最終有了質量。如果沒有質量,宇宙大爆炸後產生的物質無法形成星雲和行星,生命起源更無從談起。
大型強子對撞機在今後10到15年內將持續進行實驗,由此產生的大量粒子數據將交由全球各大學和研究機構的實驗室分析。