在經(jīng)歷兩年停機(jī)維護(hù)、加固升級(jí)及數(shù)月重啟準(zhǔn)備后，歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）正式開啟第二階段運(yùn)行。這是全球最大、能量最高的粒子加速器，也是全球最大的科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

　　英國《自然》雜志稱LHC迎來的2.0時(shí)代，將繼續(xù)為人類提供尋找宇宙的新視角。LHC的重啟意味著什么，將給世界帶來什么？據(jù)參與LHC實(shí)驗(yàn)的科學(xué)家們對(duì)新京報(bào)記者介紹，兩年的檢修將能讓粒子的撞擊來得更“猛烈”，也更安全。

　　檢修

　　LHC為什么要徹底大修？

　　確保根除爆炸危險(xiǎn)；1萬塊超導(dǎo)磁鐵一個(gè)個(gè)取下來維修

　　LHC為什么要花整整兩年時(shí)間維修、升級(jí)呢？這還得從2008年的事故說起。經(jīng)歷過事故的CERN束流部門運(yùn)行主管邁克爾·拉蒙特對(duì)記者表示，建成后，LHC就朝著設(shè)想中的7TeV能量（宏觀世界中每1TeV的能量就像一只蚊子飛行1公里的動(dòng)能，亞原子層面卻是巨大的）的目標(biāo)沖擊，然而一次嘗試中，連接著一萬塊磁鐵的五六萬個(gè)連接裝置中的一個(gè)出了故障，“一下子炸了好幾公里”，這次事故使得整個(gè)對(duì)撞機(jī)中斷運(yùn)行14個(gè)月，花費(fèi)近3千萬瑞士法郎維修費(fèi)用。

　　“這是慘痛教訓(xùn)，這之后CERN就特別小心”，北京大學(xué)物理學(xué)院教授錢思進(jìn)說，他在LHC上的CMS實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目上工作了20多年。

　　但事故顯現(xiàn)的問題并未徹底解決，包括當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)存在的一些缺陷。CERN原計(jì)劃2012年就關(guān)停進(jìn)行大修，但因發(fā)現(xiàn)上帝粒子，推遲到2013年。“這次是徹底的維修，就像心臟手術(shù)一樣，把最重要的心臟修復(fù)了，要把問題一勞永逸地徹底解決。”拉蒙特說。

　　兩年的大修是LHC維修史上前所未有的。拉蒙特說，所有1萬塊超導(dǎo)磁鐵和其連接點(diǎn)，都一個(gè)個(gè)取下來進(jìn)行維修和強(qiáng)化，并使其測試。“我們檢查，檢查，再檢查，確保每一個(gè)零部件都是萬無一失的。”

　　光在加速器升級(jí)上，CERN就花費(fèi)了6億多歐元，但拉蒙特說，相對(duì)于最初建設(shè)時(shí)的五六十億歐元來說，升級(jí)花費(fèi)已相對(duì)便宜。

　　重啟

　　如何讓管道里質(zhì)子束飛奔更快？

　　專門團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)提供質(zhì)子束；重啟后能量將翻倍

錢思進(jìn)說，重啟LHC并非如啟動(dòng)一個(gè)按鈕般簡單。重啟從2014年底開始，首先要把上萬根超導(dǎo)磁鐵一段段地冷卻，每段進(jìn)行檢測，直到2015年4月5日才最終把質(zhì)子束在最低能量下運(yùn)行，貫通27公里長的束流管全程。“跟發(fā)射衛(wèi)星上天差不多。”

　　“2015年4月11日晚，第一次達(dá)到6.5TeV了。”2015年4月10日拉蒙特在電話中對(duì)新京報(bào)記者說，“這次質(zhì)子數(shù)量并不多，但已達(dá)到6.5TeV了，這是我們今年計(jì)劃達(dá)到的能量。”拉蒙特的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)提供質(zhì)子束。

　　2010年到2012年LHC的運(yùn)行被稱為“第一階段”，當(dāng)時(shí)質(zhì)子束的能量大約控制在設(shè)計(jì)能量的一半左右，關(guān)閉兩年后，LHC重啟，進(jìn)入第二階段，準(zhǔn)備往當(dāng)初預(yù)想的7TeV能量沖刺。

2015年4月，重啟后的LHC這個(gè)龐大的巨獸，把質(zhì)子束的能量整整翻一倍。“正處在粒子物理學(xué)一個(gè)激動(dòng)人心時(shí)代的開端：大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將發(fā)射有史以來能量最高的粒子束。”美國國家科學(xué)基金會(huì)副主任克里姆在一份聲明中表示，“這種能量量級(jí)將為關(guān)于宇宙的新研究發(fā)現(xiàn)打開大門。

　　對(duì)撞越多，越明顯，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)新東西的可能性也更高。這是LHC重啟后的目標(biāo)。要有更多的對(duì)撞，一個(gè)辦法是增加質(zhì)子團(tuán)的數(shù)量，另一個(gè)辦法就是要更多的能量讓質(zhì)子束再接近光速一點(diǎn)。在一個(gè)距離已經(jīng)固定下來的環(huán)形對(duì)撞機(jī)中，質(zhì)子束無法通過飛更遠(yuǎn)的路產(chǎn)生更大能量，唯一的辦法就是增加磁場的作用，讓質(zhì)子束飛得更快。

　　探測器

　　為什么需要4個(gè)大型探測器？

　　采用不同設(shè)計(jì)相互印證

　　鑲嵌在LHC上的一個(gè)探測器重量與埃菲爾鐵塔差不多。

　　北京大學(xué)物理學(xué)院教授錢思進(jìn)說，無論是CMS還是ATLAS，兩者都可用于對(duì)各種粒子物理的題目展開研究，重要粒子的痕跡，采用了盡可能不同的設(shè)計(jì)方法和原理，這是為了用兩個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)來相互驗(yàn)證對(duì)方的結(jié)果。

　　每兩個(gè)探測器都像一個(gè)巨大“洋蔥”，每一層都可以采集一些信號(hào)數(shù)據(jù)。錢思進(jìn)說，質(zhì)子束對(duì)撞后，會(huì)產(chǎn)生很多碎片，每次對(duì)撞產(chǎn)生幾十個(gè)甚至上百個(gè)碎片，它們被稱為“次級(jí)粒子”。

　　探測器的目的就是要鑒別這些碎片次級(jí)粒子，看它們是什么樣的粒子，飛行多快等，分析后數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)，然后由計(jì)算機(jī)將這些碎片反推導(dǎo)、還原出束流粒子對(duì)撞時(shí)的場景。

　　每秒中在探測器中發(fā)生的上億次的對(duì)撞源源不斷地產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)是隨時(shí)傳過來的，安裝在CMS控制中心，進(jìn)行第一級(jí)值班的科學(xué)家監(jiān)測的計(jì)算機(jī)收到數(shù)據(jù)后，做了初步的識(shí)別和篩選，之后迅速傳給第二級(jí)值班的數(shù)據(jù)中心。“存儲(chǔ)下來我們提供的這些數(shù)據(jù)就像一鍋粥，之后各種物理課題的分析組從中挑選對(duì)此課題有用的那部分?jǐn)?shù)據(jù)來做各種分析。”錢思進(jìn)說。

　　專訪

　　中國科學(xué)家錢思進(jìn)

　　“20多年就做這一個(gè)實(shí)驗(yàn)”

　　上一次的LHC備受關(guān)注無疑是發(fā)現(xiàn)了“疑似上帝粒子”之時(shí)。北京大學(xué)物理學(xué)院教授錢思進(jìn)在LHC上建造運(yùn)行的兩個(gè)大型通用對(duì)照組探測器之一的CMS實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目上工作了20多年。

　　錢思進(jìn)也向新京報(bào)記者提及發(fā)現(xiàn)新粒子的時(shí)刻，“真的是非常激動(dòng)，也覺得非常幸運(yùn)，我們工作努力奮斗了二十幾年，幾千人一起，這里頭經(jīng)歷了坎坎坷坷，包括耽擱了14個(gè)月的大事故，最后有所成果，是幾千人一起奮斗那么多年的結(jié)果，終身難忘。”說到此，電話那頭的他泣不成聲。

　　“我總共參加物理研究工作也就30幾年（正好30年前我獲得物理博士學(xué)位），其中20年撲在CMS這一個(gè)實(shí)驗(yàn)上。我有時(shí)在其他一些場合說，我能把一個(gè)實(shí)驗(yàn)做好就感覺很不錯(cuò)了，盡力專心致志參加做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，和幾千個(gè)同事一起最后取得了公眾認(rèn)可。”

他說，雖然在LHC上工作的幾千人沒有得到諾貝爾獎(jiǎng)，但最終2013年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)能授予兩位首先提出希格斯玻色子理論的老先生，大家都非常高興，而在諾獎(jiǎng)致辭中，也肯定了他們獲獎(jiǎng)的原因之一是LHC中大家的工作，在實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了此種特殊粒子的存在。