八堂极简科学课
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目睹世界最大的科学实验中枢

我搭机去日内瓦只有两个目的:一是到夏蒙尼山区去越野滑雪,另一个就是去拜访欧洲核子研究理事会(CERN)——大型强子对撞机的家。我很难说,两者中哪一个会比另一个更让我紧张。

坦白地讲,欧洲核子研究理事会(CERN)对于物理学的意义,跟梵蒂冈对于罗马天主教的意义是一样的。欧洲核子研究理事会(CERN)成立于19世纪50年代,最初创建的目的是研究原子核,但是很快,研究方向就转向了高能粒子物理,可他们却一直没打算把缩写给改过来,不过没人在意。世界上最优秀的科学家都在这里,例如蒂姆·伯纳斯-李(Tim Berners-Lee)就是在这里工作时发明了万维网(WWW),用以共享研究信息,后来则发展成为了现代互联网。下次有人问你纯学术研究到底有什么用处时,你可以给他举这个例子。

从日内瓦机场出发,乘坐30分钟出租车,就能够到达瑞士小镇的郊区——梅琳,这里坐落着一个很不起眼的建筑,看起来像农场的饲料仓库。这里没有任何标志告诉你,你正在接近人类历史上最伟大的科学实验的神经中枢。我每次来这儿的时候天都在下雨,但这里最好的一点就是我一定能找到停车位。因为关于大型强子对撞机,你最先要了解的就是:没有什么重要的事是发生在地面上的;那些真正激动人心的——喔,我的天,我太激动了——都发生在地下。

说到底,大型强子对撞机(LHC)就是大型圆形地下赛道,可以让质子在里面飞奔。它真的非常之大:这个赛道的周长是27公里。这个地下100米深的隧道,宽度与伦敦地铁的隧道相当。在中间有两条管子,其中一条里有一团质子顺时针飞速地奔跑,在另一条管子中,质子则是在逆时针飞奔。在圆周的四个特定点上,这两条管子会交叉。这四个交叉点就是质子相撞的地方,在对撞点周围他们安装了巨大的探测器,用以仔细查看质子相撞后留下的残骸,从中辨认出因对撞产生的不同粒子。

所以,你可以认为其实大型强子对撞机(LHC)项目不是一个实验,而是四个:每一个探测器都由一个不同的研究组所设计,他们各有其优先次序及研究目的。在这四个实验中,其中两个——超环面仪器(ATLAS)和紧凑渺子线圈(CMS)——是直接竞争者,他们都在寻找希格斯粒子。另外两个——大型离子撞击实验(ALICE)和大型强子对撞实验(LHCb),则在寻找一些线索,来了解宇宙最初,也就是在宇宙大爆炸发生后的短暂时间内发生过的事件。他们希望能够通过这些实验,给近代物理中最难解的两个棘手问题——反物质为何稀少以及现代宇宙的密度为何不均匀带来一些新的认识。