大型强子对撞机的科学实验

大型强子对撞机实验的最严重后果是什么？~

为什么科学家们要付出如此大的代价，运行这个庞大的实验室呢？这个实验是否真正值得如此多的关注和恐慌？面对浩瀚的宇宙，人们的求知欲究竟能走多远，科学是否真的有边界？

回到宇宙鸿蒙初开的时刻：为什么？

爱因斯坦之后，质能互相转化的理论已得到长足发展，不但物质可以转化为能量，能量同样也可以转化为物质，各种粒子的类型假说也得到了实验室实验的证明。在CERN的官方网站上，科学家们用铸造硬币的比喻描述各种粒子类型不同的原理：“在一个硬币工厂中，金属被铸造成硬币。硬币只有一定的大小和价值，比如说1分、2分、5分、1角、2角、5角和1元。相似的，自然不允许能量被转化为任意种类的物质。自然已经给我们做好了‘模子’，对应一定的能量和其他特性。”这些模子也就是我们所熟知的质子、中子、电子等基本粒子。

然而根据假说，应该还会有其他种类的粒子在碰撞时产生，科学家们将之形容为“古代的硬币”，它们更“易碎”。这些粒子的质量比一般粒子重，但产生之后很快湮灭，或者衰变成其他粒子。这也就是现代粒子物理所谓的标准模型理论。其中一共64种“古代粒子”，其他各种粒子都已经实验证明，唯独英国科学家希格斯提出、被称作“上帝粒子”的“希格斯玻色子”（Higgsboson），迄今仍未现身。它的存在与否，是物理学家们争论已久、有待科学实验证明的课题。

它能比其他古老的“钱币”让科学家看到更远的过去，科学家试图通过研究这种粒子揭开130亿年前宇宙大爆炸之后瞬间隐藏的秘密。而且，根据希格斯假说，这种粒子占据了宇宙95%的空间，是质量的来源，也是解释“暗物质”等宇宙奥秘的一把可能的钥匙。

试验中的对撞机呈环状，周长27公里，深埋于法瑞边境地下50～150米。9月10日开始的实验，是将质子和反质子束在地下约60米、周长约27公里的储存环中加速到7万亿电子伏特（TeV，10的15次方），然后相互对撞，产生目前人类在实验室里达到的最高能量。

1TeV相当于一只蚊子飞行的能量，但因为蚊子是质子的一万亿倍，所以质子能够无限接近光速。在这样的加速器当中，以这样的两束粒子相撞，理论上说，可以模拟宇宙大爆炸万亿分之一秒时的条件。因此，如果希格斯玻色子存在，碰撞中粒子都衰变成相对稳定的一类之前，可能在极短时间内生成希格斯玻色子。而在碰撞后，相对稳定的粒子留下的信号痕迹会被粒子加速器碰撞区周围的检电器检测到。通过计算处理，科学家们可能得出发现新粒子的结论。

庞大的计划看起来似乎只和非常微小并且不可捉摸的粒子有关，但实际上，它还与物理学上诸多如暗能量的性质、超弦是否存在等等玄而又玄、关乎宇宙规律的理论相联系。因此，一旦LHC实验证实希格斯玻色子的存在或不存在，无疑将是物理学上最重大的成就。领导这个项目的英国科学家林恩·伊文思（Lyn Evans）博士现在已被视作下一届诺贝尔物理学奖的热门候选人。提出宇宙大爆炸论的英国科学家霍金，虽然没有参与项目，但也对项目充满热情。他说要打赌 100美元，赌加速器发现不了希格斯玻色子。但他认为，无论是否发现这种粒子，大型强子加速器的研究都同样激动人心。

哲学家康德曾经说过：“有两种东西，我们愈是时常反复地思索，它们就愈是给人的心灵灌注时时翻新、有加无已的赞叹和敬畏——头顶的星空和心中的道德法则。”而科学家们在敬畏的同时，不断探索我们头上的星空与我们身处其中的宇宙。LHC项目可以称得上是次终极实验，它要追溯宇宙大爆炸一刻的景象，解释宇宙的由来。

从9月份开始运行，实验要持续进行，大约到明年10月，才能得到初步结论。如果过程顺利，2013年之后，科学家会终止现在的实验，继续超大型粒子对撞机的实验。

危险：究竟有多大？是否可以控制？

但在科学家纷纷倒上香槟庆祝之时，一些媒体和个人却有不同的想法。3月份，美国人沃尔特·瓦格纳和路易斯·桑科在美国夏威夷地方法院将CERN 告上法院，认为他们没有提供相应的风险评估报告，同时认为这个实验可能会造成巨型稳定黑洞，吞噬整个地球，或者引入另一个空间中的反物质，将地球置于危险当中。

CERN并没有应诉。但早在2002年，他们就拿出了一份详尽的安全评估报告《关于LHC实验中重粒子对撞实验的潜在危险》，由比莱佐特（J·Blaizot）博士主持撰写，公布在欧洲的核物理杂志和CERN的官方网站上。

而瓦格纳和桑科这种酷似好莱坞科幻惊悚电影的思路，得到了广泛响应，还催生了很多版本的对世界末日景象的描绘。对很多关心这个项目的危险性的普通人来说，9月10日成为了他们想象中的世界末日。但“这是无稽之谈”，CERN的发言人詹姆斯·吉勒斯（James Gillies）已不记得多少次回应这样的指控。

在LHC建设的过程当中，的确出现过不少事故。最严重的一次是2005年10月，由于起重机的意外，一位技术人员身亡。之后在2007年3月，用于LHC内部聚焦粒子的三极低温超导磁铁，因为支撑架设计不良，在压力测试时发生破损，严重影响了进度。为了校正这个事故引起的一系列后果，一直到该年 11月，工程才继续进行。

对于实验本身可能引发的危险，人们有更多的担心。不过，比莱佐特博士的报告评估了诸如微黑洞、微小的奇异物质（奇异微子）或是磁单极等危险事件的可能性，结论是“我们找不到可以印证的危害”。根据霍金的黑洞辐射机制，就算产生微小黑洞，也会瞬间蒸发，不会造成任何威胁。但黑洞辐射机制本身是否成立，仍然是有待研究的课题。

报告也指出，其实宇宙中每天都会发生比这个碰撞能量更大的粒子冲撞，哪怕在地球上也是如此。地球每天经受宇宙中各种粒子的冲撞，43亿年来却一直很安全。

美国布鲁克海汶实验室(Brookhaven National Lab)的重离子加速器(Relativistic Heavy Ion Collider; RHIC)是和大强子对撞机类似的实验，2000年实验至今，它并未显示任何摧毁人类与地球的趋势。詹姆斯·吉勒斯表示，在整个过程中，即使出现危险，最大的危险也就是将隧道撞出几个洞而已。对于这样开天辟地的全新实验，谁也没有把握，爱尔兰物理学家约翰·尼尔森（John Nelson）就说，他觉得无法百分之百保证这个实验毫无危害。

新浪科技讯 北京时间6月25日消息，据英国《每日邮报》报道，根据一份关于世界上最强大的粒子物理学实验的安全报告，在欧洲强子对撞机实验中地球不存在被黑洞吞没的危险。

欧洲强子对撞机是目前世界上最大的粒子对撞机，位于日内瓦附近一条长27公里的地下隧道。来自欧洲粒子物理研究所实验室的科学家，计划利用大型强子对撞机(LHC)，将高度活跃的质子以超快速度撞击到一起，从而上演一部微缩版的“宇宙大爆炸”。这一碰撞所产生的温度将是太阳核心温度的10万倍以上。

物理学家希望这次实验能帮助回答一系列问题，如“质量从何处起源？”或是“宇宙中96%的空间由什么物质组成？”不过，也有一些批评人士担心，碰撞会形成膨胀的微型黑洞，最终会吞掉整个地球。

即使产生微小黑洞也不会威胁地球

不过，来自欧洲核研究组织安全评估后认为，这种担心不会变成现实。虽然研究人员承认，碰撞所能达到的能量级别是从前任何人造科技所无法达到的，但他们表示，自然界的宇宙射线碰撞已经产生更大的能量，但并没有产生不良反应。研究人员表示，“在地球上，大自然已经导演了多次碰撞，相当于大约100万次LHC实验，不过地球依然存在。”评估小组补充说，天文学上的黑洞比对撞机所产生的任何东西都要重很多。即使地心引力不再发挥作用，产生一些小黑洞，这些粒子也会立刻分裂，没时间将外部的物质吸进去。

报告还强调，自2000年起，就有人关注这一机器是否会生成一种名为“陌生物”的粒子。这些奇怪的粒子会将存在于普通原子中的核子变成奇怪的物质--让地球在世界末日中全部毁掉。

2003年，剑桥大学的阿德里亚安.肯特博士认为科学家尚未足够认识到这种陌生物的风险。不过由理论物理学家约翰.艾丽丝率领的研究小组表示，科学家通过计算，并没有发现有这种陌生物产生的危险，碰撞机产生的热量也使前者不可能形成。他们的结论是，“没有任何根据表明LHC可能会生成新粒子或新形式的物质。”

最新报告是对2003年一份分析报告的更新，由一组独立科学家完成。LHC原计划将于2007年11月进行，但却数度延期。第一次推迟是在2007年3月的一次事故之后，当时在测试期间，9300块磁铁中的一块发生爆炸，设备报废。后来一次延期则是由于原告从美国特区法院向夏威夷法院申请，鉴于安全因素，请求禁止LHC试验。(孝文）
参考资料：http://tech.sina.com.cn/d/2008-06-25/09152281954.shtml
中国科学院高能物理研究所从上世纪80年代便开始与欧洲核子研究中心有了合作。“原来我们合作正负电子对撞机。”该所所长陈和生指出，自然在粒子物理学的重大突破上也不能缺席。

事实上，粒子物理实验装置是典型的大科学工程，需要国际合作的大手笔。自然，中国的科学家也加入了这场物理学新探索的里程中。LHC的主体部分为四个巨型探测器，它们各负责一项实验.。其中，ATLAS和CMS这两个高能物理实验将开展寻找希格斯粒子和新物理现象等高能物理前沿等重大课题的研究。高能物理研究所和北大参与了CMS的研发，清华大学参与了LHCb的研发。事实上，光是CMS探测器就是个国际大手笔，由30多个国家、2000多名物理学家和工程技术人员合作完成。

不过，说起贡献比例来，陈和生指出CMS中国的科研人员大概占了1%，而ATLAS则占0.5%。
参考资料：http://it.sohu.com/20080512/n256797569.shtml

利用大型强子对撞机（LHC）进行的6项实验都将均在国际合作的模式下完成，这些实验将世界各地的研究机构的科学家聚集在一起，共同见证激动人心的一刻。每一项实验都截然不同，这是由其使用的粒子探测器的独特性所决定的。两项大规模实验——ATLAS（超环面仪器实验的英文缩写，以下简称ATLAS）和CMS（紧凑渺子线圈实验的英文缩写，以下简称CMS）——均建立在多用途探测器基础之上，用于分析在加速器中撞击时产生的数量庞大的粒子。两项实验的研究规模和研究层面均达到前所未有的程度。使用两个单独设计的探测器是交叉确认任何新发现的关键所在。
两项中型实验——ALICE（大型离子对撞机实验的英文缩写，以下简称ALICE）和LHCb(LHC底夸克实验的英文缩写，以下简称LHCb）——利用特殊的探测器，分析与特殊现象有关的撞击。
另外两项实验——TOTEM（全截面弹性散射侦测器实验的英文缩写，以下简称TOTEM）和LHCf(LHC前行粒子实验的英文缩写，以下简称LHCf）——的规模就要小得多。它们的焦点集中在“前行粒子”（质子或者重离子）身上。在粒子束发生碰撞时，这些粒子只是擦肩而过，而不是正面相撞。
ATLAS、CMS、ALICE和LHCb探测器安装在4个地下巨洞，分布在大型强子对撞机周围。TOTEM实验用到的探测器位于CMS探测器附近，LHCf实验用到的探测器则位于ATLAS探测器附近。
大型离子对撞机实验
为了进行大型离子对撞机实验，大型强子对撞机将让铅离子进行对撞，在实验室条件下重建“大爆炸”之后的宇宙初期形态。获得的数据将允许物理学家研究夸克-胶子等离子体的性质和状态，这种物质据信在“大爆炸”发生后只存在很短时间。
宇宙的所有普通物质都是由原子构成，每个原子拥有一个由质子和中子构成的核子，核子周围环绕着电子。质子和中子都是被称之为“胶子”的其它粒子束缚夸克形成的。这种不可思议的强大束缚意味着，独立的夸克是永远也不会被发现的。
大型强子对撞机内上演撞击时产生的高温是太阳内部温度的10万倍。物理学家希望看到的是，质子和中子会在这种高温条件下“熔化”，并释放被胶子束缚的夸克。这么做将创造夸克-胶子等离子体，它们可能只存在于“大爆炸”之后，当时的宇宙仍处在极度高温之下。科学家计划在夸克-胶子等离子体膨胀和冷却过程中对其进行研究，观察它如何形成最终构成当前宇宙物质的粒子。
共有来自28个国家的94个研究机构的1000多名科学家参与ALICE实验。
ALICE探测器相关资料
尺寸：长26米，高16米，宽16米
重量：1万公吨
位置：法国小镇圣吉利斯-珀利(StGenis-Pouilly）。
超环面仪器实验
超环面仪器实验ATLAS是大型强子对撞机两个通用探测器中的一个。此项实验涉及到物理学的很多领域，包括寻找希格斯玻色子、额外维度以及构成暗物质的粒子。与CMS的实验目的一样，ATLAS也将记录与撞击时产生的粒子有关的类似数据，即它们的路径、能量以及特性等等。虽然实验目的相同，但ATLAS和CMS探测器的磁铁系统却采用了完全不同的技术和设计。

ATLAS探测器巨大的圆环形磁铁系统是它的主要特征。这一系统由8个25米长的超导磁铁线圈组成。磁铁线圈分布在贯穿探测器中心的粒子束管周围，形成一个“圆筒”。实验过程中，磁场将被包含在线圈分离出的中央柱形空间内。
共有来自37个国家的159个研究机构的1700多名科学家参与ATLAS实验。
ATLAS探测器相关资料
尺寸：长46米，高25米，宽25米，是迄今为止制造的个头最大的粒子探测器。
重量：7000公吨
位置：瑞士梅林(Meyrin)
紧凑渺子线圈实验
CMS实验利用一个通用探测器，对物理学的很多领域进行研究，包括寻找希格斯玻色子、额外维度以及构成暗物质的粒子。虽然实验目的与ATLAS相同，但这个探测器的磁铁系统却采用了完全不同的技术和设计。
CMS探测器是在一个巨型螺管式磁铁基础上建成的。它采用圆柱形超导电缆线圈，可产生4特斯拉的磁场，相当于地球磁场的10万倍。这个巨大磁场受一个“铁轭”限制——探测器1.25万公吨的重量大部分来自“铁轭”。与大型强子对撞机的其它巨型探测器有所不同的是，CMS探测器并不是在地下建造，而是选在地上，后分成15个部分被运至地下，最后完成组装，这也算得上它的一大特色。
共有来自37个国家的155个研究机构的2000多名科学家参与CMS实验。
CMS探测器相关资料
尺寸：长21米，宽15米，高15米
重量：1.25万公吨
位置：法国塞希(Cessy）。
LHC底夸克探测器（LHCb）
LHCb实验将有助于我们理解人类为何生活在一个几乎完全由物质而非反物质构成的宇宙。它通过研究一种称为“美夸克”（beauty quark）的粒子，专门对物质和反物质之间的微妙差异展开调查。LHCb实验不是将整个撞击点同密封探测器围起来，而是使用一系列子探测器去主要探测前行粒子(forward particle）。第一个子探测器将安装到撞击点附近，而接下来的几个将会一个挨一个安装，它们的长度都超过20米。大型强子对撞机将创造出大量不同类型的夸克，然后它们将快速蜕变为其他类型。为捕捉到“美夸克”，LHCb项目小组已开发出先进的可移动跟踪探测器，并安装在围绕于大型强子对撞机周围的光束路径附近。LHCb项目小组由来自13个国家48所研究机构的650位科学家组成。
LHC底夸克探测器相关资料尺寸：长21米，高10米，宽13米
重量：5600吨
设计：具有平面探测器的前向接受谱仪
地点：法国费尔奈-伏尔泰
全截面弹性散射探测器
全截面弹性散射探测器实验研究前行粒子，以重点分析普通实验难以获得的物理学原理。在一系列研究中，它将测量质子大小，还将准确监控大型强子对撞机的光度。想要做到这一点，全截面弹性散射探测器就必须要捕捉到距大型强子对撞机光束非常近的距离产生的粒子。它由一组安放在称为“罗马罐”（Romanpot）的特制真空室的探测器组成。
“罗马罐”同大型强子对撞机的光束管道相连。8个“罗马罐”将被一对一对地置于CMS实验撞击点附近的四个地点。尽管从科学意义上讲这两次实验是独立的，但TOTEM实验将是CMS探测器和其他大型强子对撞机实验所获结果的有力补充。来自8个国家10所研究机构的50位科学家将参与TOTEM实验。
全截面弹性散射探测器相关资料
尺寸：长440米，高5米，宽5米
重量：20吨
设计：“罗马罐”，GEM探测器和阴极条感应室
地点：法国塞斯（位于CMS附近）
LHCf探测器
LHCf实验将用于研究大型强子对撞机内部产生的前行粒子，作为在实验室环境下模拟宇宙射线的来源。宇宙射线是自然产生于外太空的带电粒子，不断轰击地球大气层。它们在高层大气与核子相撞，产生一连串到达地面的粒子。研究大型强子对撞机内部撞击如何引起类似的粒子串有助于科学家解释和校准大规模宇宙射线实验，这种实验会覆盖数千公里的范围。来自4个国家10所研究机构的22位科学家将参与LHCf实验。
LHCf探测器相关资料
尺寸：两个探测器，每个长30厘米，高80厘米，宽13厘米
重量：每个重40公斤
地点：瑞士梅林（位于ATLAS附近）
粒子对撞实验
2015年3月26日，据国外媒体报道，在中断了两年之后，大型强子对撞机终于准备再次启动，进行能量更强的粒子对撞实验。该实验本应于本周开始，然而由于上周六刚刚发现的一起短路故障，这一计划不得不向后推迟。

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连南瑶族自治县15672355989： 欧洲的大型强子对撞机实验真的能毁灭地球? - ？
彤版熊胆： 大型强子对撞机将让科学家观察到更高能量的粒子撞击.一些人担心如此大能量的撞击反应会导致地球出现严重问题.实际上,有少数人已经起诉了这一事件.2008年3月,前核能安全官沃尔特•瓦格纳和卢伊斯•山其欧在夏威夷的美国联邦地...

连南瑶族自治县15672355989： lhc实验是什么实验？
彤版熊胆： 就是一个强子对撞机的试验,这个试验因为有重大意义 而被人们关注. LHC是一个强子对撞机. LHC的所属机构欧洲粒子物理研究所(CERN)将要在LHC(大型强子对撞机)里模拟大爆炸发生后几亿分之一秒的状况,研究宇宙的起源.具体...

连南瑶族自治县15672355989： 大型强子对撞机试验会导致地球毁灭吗?？
彤版熊胆： 有可能的,凡是黑洞都有巨大的吸附能力.但是没有不冒风险的科学试验,对于这次试验结果来说,冒这个风险是值得的.

连南瑶族自治县15672355989： 近日欧洲开启大型强子对撞机实验主要是为解决哪些问题?？
彤版熊胆： 意义:规模最大的科学计划,将带来重大物理学发现的一个新黄金时代 ; 目的:揭示宇宙起源,寻找上帝粒子希格斯玻色子; 工作原理:将高度活跃的质子以超快速度撞击到一起,上演微缩版的“宇宙大爆炸” ; 地点:位于瑞士、法国边境地下100米深的环形隧道中,隧道全长26.659公里 ; 耗资:超过60亿美元,200多物理学家参与.

连南瑶族自治县15672355989： 欧洲大型强子对撞机能解决哪些问题? 它真能试验测出宇宙的维度吗?有多大的机率产生黑洞?或者像奇点一类的东西?？
彤版熊胆： 可以开启下个人类纪元那般重要.

连南瑶族自治县15672355989： 位于日内瓦和法国交界处地下深约100米的大型强子对撞机实验什么时候开始试验?目的是什么? - ？
彤版熊胆： 时间:9月10日启动 目的:借助这台世界最大的粒子加速器揭开宇宙起源的奥秘. 温度:零下271.25摄氏度(零下456.25华氏度).(你真无聊)

连南瑶族自治县15672355989： 谁能讲一下强子对撞机产生上帝粒子产生真空泡以光速毁灭宇宙的原理? - ？
彤版熊胆： 曾有推测认为,现在宇宙没处在它最稳定的状态,大型强子对撞机产生的微扰将能让它进入更加稳定的状态,这种状态被称作真空泡沫,在这种状态下人类将不复存在.如果大型强子对撞机确实能做到这些,难道宇宙射线碰撞就无法达到这种效...

连南瑶族自治县15672355989： 大型强子对撞机的研究课题 - ？
彤版熊胆： 欧洲核子研究中心于2008年9月10日启动大型强子对撞机(LHC).这个世界上最大的机器,有望揭开宇宙起源的奥秘在内五大谜团.过去几十年来,物理学家不断在细节上加深对构成宇宙的基本粒子及其交互作用的了解.了解的加深让粒子物...

连南瑶族自治县15672355989： 欧洲大型强子对撞机的实验大概要进行多长时间 - ？
彤版熊胆： 研究人员于瑞士当地时间上午9点32分左右将质子束注入加速器中. 当质子束抵达终点时,计算机屏幕上亮起两个白点.在此次测试中,粒子束的运行方向是顺时针的,CERN还计划进行逆时针运行的测试.在最终将要进行的实验中,顺时针和逆时针的两个粒子束将进行对撞. 撞击的后果如何:是毁灭地球还是发现“上帝粒子”就无人知道了.等待中……