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热点对话:大型强子对撞机的启动和意义

http://news.QQ.com　 2008年09月14日07:17 　新华网　　

热点对话:大型强子对撞机的启动和意义

　　9月10日，欧洲核子研究中心的科学家在瑞士日内瓦附近的大型强子对撞机控制中心忙碌。经过十几年的建造，欧洲核子研究中心的大型强子对撞机当日正式启动，将第一束质子束流注入对撞机。新华社/法新

　　本报编辑吴迎春本报驻外记者管克江顾玉清中国科学院高能所研究员、亚洲未来加速器委员会主席张闯（2008年9月14日)

　　新闻背景：历经10年建成的世界最大的强子对撞机，于9月10日在日内瓦的欧洲核子研究中心成功启动，第一束质子流注入对撞机并实现贯通。科学家用“质子束的一小段行进，人类的一大步跳跃”高度评价它的意义。这是一个新起点，人们密切关注其进展，并就实验的目的、进程、安全性等提出了一系列问题。

　　编辑：什么是大型强子对撞机？

　　张闯：大型强子对撞机的英文缩写为LHC（Large Hadron Collider），由三个关键词组成：大型、强子和对撞机。“大型”是指尺寸，它的周长达27公里；“强子”是因为它加速质子或重离子，这些都是参与强相互作用的粒子；“对撞机”是由于它要把两束强子加速到很高的能量并且在其中对撞。

　　大型强子对撞机此次启动还不是对撞的开始，只是调试，先将第一束质子流注入对撞机，使其以接近光速的速度走通在27公里隧道里的环形真空室；然后，将第二束质子流注入大型强子对撞机反方向运行，在经过反复调试，稳定加速到高能量之后，才可进行两束质子流的对撞。

　　编辑：进行这一试验的目的是什么？

　　管克江（本报驻美国记者）：大型强子对撞机被许多科学家称之为探索微观世界的“哈勃望远镜”。它将帮助科学家们了解这些问题：自然界存在未被发现的粒子吗？物质的起源是什么？存在另外的空间吗？什么是暗物质？宇宙是怎么形成的？大型强子对撞机项目主任埃万斯说，想象一下两个橙子相撞的情况，我们可以看到无数的果肉飞散，我们关注的是橙子的籽相撞时会发生什么。质子就是果肉，夸克就是籽。

　　寻找希格斯玻色子是对撞机的主要任务之一。科学家们长期以来有个疑问，为什么有些粒子如质子比较重？而另一些粒子如光子比较轻？上个世纪60年代英国物理学家彼得·希格斯大胆预测，存在一个希格斯场和希格斯玻色子。假设出的希格斯玻色子是物质的质量之源，是电子和夸克等形成质量的基础。

　　英国理论物理学家约翰·埃利斯不满足于此。他期待大型强子对撞机能有更多发现，包括他坚信能揭开暗物质的秘密。而科学家认为宇宙的大部分由暗物质构成。

　　编辑：大型强子对撞机项目大、投资大、技术要求高，需要国际合作进行，请介绍这方面情况。

　　顾玉清（本报驻法国记者）：大型强子对撞机的构想于1980年首先提出，上世纪90年代开始设计建造，耗资约达40亿欧元，其中约90%的投入来自20个欧洲核子研究中心成员国，法国为此出资6亿欧元。为了完成这一壮举，法国派出500名物理学家、工程师和技术人员，与来自80多个国家和地区的约7000名科学家和工程师一起，研究和建设大型强子对撞机。

　　管克江：美国有94所大学和实验室的1700多名科学家等参与了大型强子对撞机项目，出资数亿美元。在处理试验数据用的高速计算机网络建造等方面美国发挥了重要作用。

　　张闯：数百位中国工程师和科学家参与LHC和探测器的设计建造，投资数千万元人民币。中国科学家将参加物理实验的数据获取物理分析和研究。在科技部、自然科学基金委和中国科学院的支持下，中国物理学家参加了LHC上的ATLAS、CMS和LHCb等实验的国际合作，在探测器研制和物理分析等方面做出了许多贡献，并初步建立了网格计算平台。随着探测器研制任务的完成，中方研究工作的重点也逐步过渡到物理分析方面，要争取在探索电弱相互作用中的对称性破缺和质量起源的机制，以及B物理与CP破坏现象的研究和探索宇宙中正反物质的不对称的物理机制等方面发挥重要作用。

　　编辑：这一项目的研制创造了多项世界纪录，具有什么意义？

　　张闯：LHC是世界上最大的机器，它被安装在27公里隧道里的设备总重量达37600吨，其中有9300块磁铁。LHC又是地球上最快速的“跑道”，质子束在加速的时候，每秒钟在27公里长的跑道里转11245圈，相当光速的99.999999%。它拥有太阳系最空的地方，在LHC的真空室里的压强只有10—13大气压，是月球上气体密度的1/10。在LHC中，两束质子对撞时，产生的超高温相当于太阳中心温度的10万倍，成为银河系最热的点，而与之形成鲜明对照的是，超导磁铁工作温度为零下271.3摄氏度，比遥远的外层空间还要冷。为了获取和分析LHC中的每秒产生的6亿个质子对撞事例，需要世界上最大、最复杂的探测器和数据处理能力最强的超级计算机。

　　顾玉清：这一巨型系统堪称历史上最大规模的物理试验室，其质子对撞能量是目前世界上最大对撞机能量的7倍。欧洲核子研究中心总裁罗贝尔·艾马尔说，它的建成将有助于破译宇宙的密码，复制宇宙形成的第一瞬间，让人类知道“它们从哪里来，到哪里去，宇宙是否会走向终结。”科学家认为，大型强子对撞机对医学、材料、国家安全、工业制造、计算机、科学和人力资源等方面具有重要意义，将促进人类社会的进步和发展。

　　编辑：这一试验引起一些人担忧，欧美国家甚至有人向法院起诉叫停LHC，理由是产生的黑洞会毁灭地球，果真如此吗？

　　张闯：在LHC开始运行前，它的安全性问题备受关注。LHC安装在平均100米深的地下，主要是为了避免使用昂贵的土地，同时也有效地屏蔽了加速器束流运行时产生的放射性。在LHC对应的地面上，有欧洲核子研究中心的办公楼、实验室，也有居民区，都非常安全。试验时，如果出现一些束团把真空室打穿的严重事故，在LHC里安放了快速打掉束流的系统，以保证安全。

　　黑洞是大家十分感兴趣的科学问题。在宇宙中，当一个恒星寿终正寝时，会发生坍塌而把大量的物质聚集在很小的空间里而形成黑洞。在LHC里，如果产生黑洞也非常微小，将通过霍金辐射的机制很快就蒸发消失，不会造成任何危险。

　　还有一个观点认为，LHC中束流的对撞有可能产生某些奇异子，有可能“吃”普通物质的核子，并将其转变为奇异物质并通过一系列危险的连锁反应毁灭地球。

　　LHC在这些方面的安全性的最有力的论据在于一个简单的事实：包括地球在内的太阳系星体从形成到现在几十亿年来，都不断地被宇宙射线轰击。这些粒子能量甚至可能高于LHC所产生的粒子能量，结果怎么样？既没有产生黑洞或奇异物质，也没有使太阳、地球和月球被摧毁。

　　（人民日报）