大型強子對撞機探尋宇宙暗物質

對撞機進行質子對撞所產生的粒子徑跡

近日，歐洲大型強子對撞機質子束流對撞試驗成功，這意味著人類在探尋宇宙起源奧秘上向前邁進了重要一步。科學家希望，通過撞擊其中一些光束，產生類似於137億年前宇宙大爆炸發生瞬間的狀態，同時揭開一些科學謎團，如暗物質，即肉眼看不到的物質的性質。科學家認為，宇宙大部分都是由暗物質構成的。

首次對撞取得成功

歐洲大型強子對撞機是世界上最大的大型強子對撞機，建在瑞士和法國交界地區地下周長為27公裡的環形隧道裡。隧道埋在地下50到175米處。它的設計目標是對撞兩個反向回旋的質子束流，質子束流的總能量最高達14萬億電子伏特，目前達到的能量是設計目標的一半。

此次的對撞實驗可謂驚心動魄，因故障經過幾小時的延遲後，大型強子對撞機開始實施總能量達7萬億電子伏特的質子束流對撞，這也是迄今最高能量的質子束流對撞試驗。當大型強子對撞機內的兩束質子束流在分別被加速至3.5萬億電子伏特後，科學家促使兩束質子束流相撞，從而使對撞總能量達到7萬億電子伏特，標志著首次對撞已取得成功。

首次對撞成功後，大型強子對撞機上的CMS探測器能立即探測到對撞的發生，並能制作出在7萬億電子伏特對撞時所產生的質子束流穿越CMS探測器所留下的影像。對撞的數據將由歐洲核子研究中心的大型計算機群儲存並初步處理後，分送給世界各地參與合作的物理學家分析研究。而實現7萬億電子伏特能量的質子束流對撞之後，大型強子對撞機將持續運行18至24個月，其間在2010年底將有短暫技術停運。

希望發現『上帝粒子』

借助對撞試驗，科學家希望發現素有『上帝粒子』之稱的希格斯玻色子的存在證據。

粒子物理學的『標准模型』是一整套理論，它對強作用力、弱作用力、電磁力這3種基本力量以及組成所有物質的基本粒子進行了描述。迄今對這3種力的試驗結果幾乎都符合『標准模型』的預測，但這一理論的重要缺陷，是它無法解釋物質質量的來源。

為修補這一缺陷，英國科學家彼得·希格斯提出『希格斯場』理論，進而預言希格斯玻色子的存在。假設中的希格斯玻色子是物質質量之源，其他粒子在希格斯玻色子構成的『海洋』中游弋，受其作用而產生慣性，最終有了質量。『標准模型』所預言的62種基本粒子幾乎都已被試驗證實，唯有希格斯玻色子仍未現身。

依據宇宙大爆炸學說，大型強子對撞機的對撞試驗可望創造出與宇宙大爆炸之後萬億分之一秒時狀態，這將為科學家研究宇宙起源和各種基本粒子特性提供強有力的手段。科學家期待借助這一設施發現希格斯玻色子，完美支橕粒子物理學『標准模型』的理論大廈。

強子對撞機的建造和運行極其復雜，一次對撞試驗可能需要數年的准備，於是在大型強子對撞機的構想出現近30年後，歐洲大型強子對撞機於2008 年9月正式啟動，但啟動後不久就因氦泄漏事故停止運行，直至2009年11月重新啟動。

中國做出重要貢獻

歐洲大型強子對撞機集中了全球的技術力量，匯聚80多個國家和地區逾7000名科學家和工程師。自設計之初就針對其自身安全以及對環境的影響進行過多次評估研究。科研團體提供的研究報告認為，大型強子對撞機不會帶來任何危險。

中國科學院高能物理所所長陳和生介紹，歐洲大型強子對撞機的四個探測器分別為緊湊繆子線圈(CMS)、超環面儀器(ATLAS)、底誇克探測器 (LHCb)和大型離子對撞機(ALICE)。中國參與了所有四個探測器的建造和實驗，做出了重要貢獻。

作為CMS實驗項目中國組的負責人，陳和生說，中國科學院高能物理所和北京大學組成的CMS中國組成功地建造了三分之一的端部繆子探測器陰極條室和阻性板室，並參與擬定了CMS技術設計報告。中國科學院上海硅酸鹽研究所向CMS提供了核心探測材料——用於電磁量能器的5000餘根自主研制的鎢酸鉛(PWO)閃爍晶體。中國科技大學參與了電磁量能器的研制。劉葉

對撞機保持多項『世界之最』

歐洲大型強子對撞機這個用以完成『大試驗』的大家伙，自建成之日起就創造並保持了多項『世界之最』。

世界上最大的機器：『大型強子對撞機』不僅是世界上最大的粒子加速器，而且也是世界上最大的機器。它位於瑞士、法國邊境地區地下100米深的環形隧道中，隧道全長26.659公裡。

地球上最快的『軌道』：如果『開足馬力』，數以百萬計的粒子將在環形隧道內以每秒11245圈的速度『狂飆』，約等於光速的99.99%。

太陽系中最『空曠』的地方：為避免粒子束流與氣體分子發生碰撞，粒子束流都在超高真空的『通道』內運行，這一內部空間如同星際空間一樣『空曠』，氣壓僅為10的負13次方個標准大氣壓，比月球上的大氣壓還要小很多。

最熱與最冷的機器：大型強子對撞機是個既極端熱又極端冷的機器。當兩束粒子流對撞的時候，碰撞點將產生極端高溫，可以達到太陽中心溫度的10萬倍。而與之形成鮮明對比的是由於采用了超流體氦冷卻等手段，對撞機中粒子束運行的加速腔在工作時的溫度僅為零下271.3攝氏度，比遙遠太空的某些空間還冷。..........................................................................................