图解：LHC（大型强子对撞机），世界上最大的原子对撞机，它在法国与瑞士的交界处地下形成了一个长达17英里（27千米）的环。来源：MaximilienBrice/CERN大型强子对撞机（LHC）是现代粒子物理学的一个奇迹，它允许物理学家们探究更深层次的现实。它的起源可以追溯到年，根据一篇年物理学家托马斯·薛奈（ThomasSchrner-Sadenius）写的一篇论文，当时的欧洲核子研究中心（CERN，EuropeanOrganizationforNuclearResearch）的前主任约翰·亚当先生提议在地下建造一个能够容纳把粒子加速到极高能量的加速器的隧道。二十年后（即年），这个项目得到了官方的批准。随后对于LHC的构建开始于一个位于法国与瑞士国界地下的16.5英里（27千米）长的环形加速器，这个加速器能够将粒子加速到光速的99.99%并且让他们相撞。在这个环形加速器中，9,个磁铁以每秒11,次的频率导引着两团带电粒子从两个相反的方向正面碰撞在一起。这个设备能够带来每秒6亿次的碰撞，每次碰撞会释放极大能量并且一些带来一些全新的，从未见过的重粒子。LHC比保持之前耗能记录的粒子加速器——美国费米实验室退役的兆电子伏加速器（Tevatron）——耗能高了6.5倍。LHC的建造花费了80亿美元，其中五亿三千万美元来自美国，超过来自60个不同国家的8,名科学家在这项实验上合作。年9月10日，这个加速器第一次发出了粒子束——仅仅用了原先设计时约千万分之一的强度。在它正式开始工作前，人们总是担心这个新的原子粉碎机会毁灭地球，因为它可能创造一个吞噬一切的黑洞，但很多有名望的科学家认为这种担心是杞人忧天。CERN的主要负责人RobertAymar说：“LHC是非常安全的，任何说它可能创造危险的说法都是幻想小说。”但这并不是说如果不合理的使用这项设备也不会产生任何隐患——如果你把你的手放在这束粒子里，这束把能让航空母舰运动的能量压缩在一毫米之内的粒子能直接在你手上穿一个洞，随后隧道中的辐射会把你杀死。开创性的研究在过去的10年内，LHC主要为了两个实验而碰撞粒子：ALTAS（超环面仪实验，AToroidalLHCApparatuS）与CMS（紧凑μ子线圈实验，CompactMuonSolenoid），并且为这两个实验独立运行，分析数据。独立运行是为了保证这两个实验不会互相影响，并且分别为自己的姊妹实验提供检验。这个仪器促使了超过2,篇在基础粒子物理领域的论文的发表。年7月4日，整个科学界目睹了LHC宣布其发现了希格斯玻色子，也就是已经存在了50年的老理论——标准模型的最后一块拼图。标准模型是一个尝试解释所有已知微观粒子和力（除去引力）以及它们之间的相互作用的理论。回溯到年，英国物理学家彼得·希格斯为了尝试解释宇宙中质量的提升，写了一篇关于现在承载了他的名字的粒子的论文。希格斯场实际上是一种弥漫在整个空间中的场，并且会拖拽每一个穿过它的粒子。一些粒子缓慢穿过希格斯场，这对应了他们较大的质量。而希格斯玻色子正是希格斯场的体现，物理学家们已经追寻了它半个世纪了。LHC被建造就是为了一个明确的目的：最终找到这个难以捉摸的粒子。最后，希格斯粒子被发现，它有约倍质子质量，届时彼得·希格斯与比利时理论物理学家弗朗西斯·恩格勒特(FrancoisEnglert)因预言了其存在性而被授予年诺贝尔物理学奖。图解：这个关于LHC的合成图片是被一个3D艺术家所创造的。承载粒子束的管道被画成清晰的管道，其中反向旋转的粒子束用红色和蓝色表示。来源：DanielDominguez/CERN但即使希格斯粒子已经在掌控之中，物理学家们仍然不能休息，因为标准模型仍然有一些漏洞。例如，它并不能处理引力，而引力则在爱因斯坦的广义相对论中则被描述得很好。它同样没有解释为什么我们的宇宙是由物质而非反物质构成的，因为两者的总量在大爆炸的时候应该是近似的。同时，它也对暗物质和暗能量没有什么发言权，它们自被提出以后还没有被探测到。在LHC被启动前，很多研究员说下一个伟大理论之一叫做超对称理论，这个理论在所有已知粒子中加入了一些相似的但更重的双生粒子。这些重粒子中的一个或多个能成为构成暗物质的完美候选人。同时，超对称理论从解决重力开始，解释了它为什么远比其他三种基本力弱。在希格斯粒子被发现之前，一些科学家希望这个玻色子能被发现与标准模型所预测的有轻微不同，也就是能暗示新的物理理论的出现。但当希格斯玻色子被发现之后，它令人难以置信的正常，完完全全在标准模型所预测的质量范围里。虽然这是标准模型的伟大成就，但是它并没有留给物理学家光明的前进路线。一些人开始议论我们花了几十年去追寻一些在论文中看起来好看的理论，但它们似乎并不能与实际观测所结合。很多人希望来自LHC的下一轮强有力的数据能够帮助清理一些理论上的混乱情况。年12月，为了升级与维修，LHC被暂时关闭了。当它再次上线之时，它能用每秒两倍于之前的数量碰撞粒子，并且稍微提高一些碰撞的能量。至于它能发现什么，那就留给每个人猜测了。有传言说一个更强有力的粒子对撞机将取代它，虽然位于同样的地区，但其大小是LHC的4倍。这个巨型的新设备将会花费20年来建造，耗费亿美元。参考资料1.Wikipedia百科全书2.天文学名词3.livescience-AdamMann-Photon如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处
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