Sunday, September 14, 2008

世界最大强子对撞机启动 模拟宇宙大爆炸

末日机器再造宇宙大爆炸

  9日,一名自行车手骑车经过欧核中心的入口处。 美联社
  将大型离子对撞实验(ALICE)的内部追踪系统运送到实验洞并将它嵌入定时发射膛。ALICE将用来研究超高能质子-质子和铅-铅对撞物理学原理,并将揭露宇宙大爆炸后几微秒内的宇宙情形。 网络图片
  能拍摄质子间6亿次碰撞的照片的ATLAS巨型数字照相机。 网络图片
  霍金

  有人说这将改写世界物理学理论;有人说这会带来世界末日……

  不论是哪一种情况,欧洲核子研究组织(CERN )的全球最大粒子加速器“大型强子对撞器”(LHC )10日正式启动,未来将让次原子粒子以接近光速的速度碰撞,模拟宇宙诞生之初的面貌。

  科学家等这一刻等了20年,当地时间10日上午9点30分,这座位于瑞士、法国边境日内瓦湖与朱哈山之间欧洲核子研究组织总部地底下100米的大型强子对撞器启动,展开实验的第一步:将第一束质子从子加速器超质子同步器(SPS )注入对撞器的环型隧道中的一条质子束管加速。

  虽然科学家反复强调不必担心,但仍有很多人忧虑,如果你看到了这架“末日机器”第一次的成功实验,那么,一个月后的实验是否会产生足以吞噬整个地球的黑洞,从而导致世界末日的来临,依旧是个未知数。

  欧洲大型强子对撞机于10日启动,此次试验将迎接有史以来人为的最高能量粒子对撞,为人类解开宇宙诞生奥秘。

  一些科学家预言,10日因此将成为物理学研究的重要里程碑。但与此同时,很多民众担忧此次试验会吞噬地球。

  被誉为“超级机器”

  被誉为“超级机器”大型强子对撞器包含了一个圆形隧道,因当地地形的缘故位于地下50至150米之间。这是先前大型电子正子加速器所使用隧道的再利用。隧道本身直径3米,位于同一平面上,并贯穿瑞士与法国边境,主要的部分大半位于法国。

  80个国家参与计划

  大型强子对撞器是一个国际合作的计划,2003年开始修建,将近80个国家和地区的2000多名科学家参与这一研究项目。科学家希望,能够在对撞机前所未有的对撞能量帮助下,探秘“希格斯玻色子”和其他未解之谜。

  希格斯玻色子44年前由英国物理学家彼得·希格斯预言,视之为物质的质量之源以及电子和夸克等形成质量的基础。

  建于边界100米深隧道

  大型强子对撞机是世界上最大的粒子加速器,建于瑞士和法国边境地区地下100米深处的环形隧道中,隧道全长26.659公里。

  大型强子对撞机是一个重大且强大的机器,共有8个组成部分。每一个部分是一段弧形物,安在所谓插入体的截面的一端。它的圆周有27公里长。此加速器管和撞击室都位于地下100米深处。

  花费60亿瑞士法郎

  为了此次试验,组织者已经花费了60亿瑞士法郎(54.6亿美元)。实验期间还需要大量的能量来运转大型强子对撞机。

  根据目前的电价,其一年的电费开支将达到3000万美元。

  撞出黑洞将吞噬地球?

  媒体对于大型强子对撞器的报道,除了介绍其科学原理和意义外,往往夹杂着“黑洞工厂”等危言耸听的报道,指实验会生成黑洞,令地球毁灭。有评论就直言传媒卖弄恐慌的报道,会窒碍科学发展。

  据报道,一些批评人士声称,大型强子对撞机可能会导致整个地球毁灭。他们日前已经正式向欧洲和美国法庭提起诉讼。

  在夏威夷州首府檀香山,一名联邦法官正在考虑联邦政府的请求,是否驳回由前核安全专家沃尔特·瓦格纳和西班牙科学作家路易·桑奇联合提起的这起民事诉讼案。

  同时,位于法国斯特拉斯堡的欧洲人权法庭目前也面临着同样的难题:上周,法院同意审议主要由德国和奥地利教授和学生提出的强子对撞机可能导致世界末日来临一案。不过,法庭拒绝了他们提出的立即中止大型强子对撞机的请求。

  不少人看过这些负面报道后,纷纷致电或电邮,要求证明实验安全,甚至责骂:“你们是危险的恶魔。”研究员之一、诺贝尔物理学奖得主、麻省理工学院的维尔切克就曾接到死亡恐吓,要他中止实验。早前也有机构入禀法院,要求禁制实验进行。

  事实上,实验安全监察小组最新的报告已经指出,自然界的宇宙射线其实经常都发生类似的作用,威力远比实验为强。即使实验生成微型黑洞,亦不足以毁灭地球,理论上会迅速蒸发而消失。

  总指挥:恶梦并非毁灭世界

  LHC的项目总指挥林·伊万斯博士是英国威尔士一位矿工的孩子,当他还是孩子时就表示要做惊天动地的事。果然没有失言,他和同事一起打造出了世界最强大的机器——大型强子对撞机,为此他被外界称为“伊万斯原子能”。

  这位63岁的物理学家说,他的科学热情是在自己简易住宅里用化学仪器进行相对较小的爆炸实验点燃的。他说:“年轻时,我对化学的兴趣胜过物理。我有许多化学仪器,像每一个人一样,曾做过爆炸实验,有几次还把整个房子的保险都给烧坏了。”

  伊万斯对物理学的兴趣是从初中时开始的,当时附近一所学校没有物理老师,那里的女生常常坐公车来他的学校上物理课,于是引发了他对物理的更多兴趣。

  就在大型强子对撞机快要开始运转之前,一些科学家将CERN告上法庭。其中一位告状人就是德国退休的化学家奥托·勒斯勒尔教授,他表示对撞机在实验中很有可能产生微型黑洞,黑洞还将快速膨胀,吞噬地球。他向欧洲人权法院提出了起诉,申请对CERN启动的大型强子对撞机实验发出紧急禁令,但被法院驳回。

  对于这些言论,用人生14年黄金时光打造巨大粒子加速器的伊万斯不屑一顾。事实上,他对此项目的运作非常从容,甚至还穿着短裤上班。他说勒斯勒尔教授是一位“疯狂的”退休教授,他曾发明了自己的相对论。“我们已经指明他的基本错误在哪里,这样的人不用理会。”

  伊万斯表示,他真正的恶梦不是LHC将毁灭世界,而是害怕机器被毁。“这不是我负责研制的首个加速器,却是遭受全世界怒视的首个加速器。我主要的担忧是如果一些事情不处理好,就要停工几小时甚至毁了建造这么久的机器。一些无所事事的人总是干扰,我们不习惯这样。我们更习惯安安静静地做事,然后宣布结果。 ”

  霍金:实验或让我获诺奖

  在全世界的科学家中,心情最为激动的无疑是被称之为“当代爱因斯坦”的斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)教授。

  耗资50亿英镑的大型强子对撞机旨在重建“大爆炸”发生后的宇宙初期形态。如果实验能够验证霍金有关黑洞喷出放射物的理论,这位坐在轮椅上的教授极有可能问鼎诺贝尔奖。

  霍金在接受BBC采访时说:“如果大型强子对撞机能够产生小黑洞,并且这些小黑洞表现出我所预测的特性,我相信自己一定能拿诺贝尔奖。但在我看来,大型强子对撞机拥有足以产生黑洞的能量的可能性还不到1%。因此,我没有必要屏住呼吸。”

  上世纪70年代,这位英国物理学家提出了有关黑洞的理论并引发不小争议,原因在于:很多科学家相信任何事物都无法逃脱黑洞的引力。虽然可以从专业角度接受霍金的理论,但他的理论仍没有得到证实。他能否最终问鼎诺贝尔物理学奖还是一个未知数,因为只有为新现象找到相关实验证据,才能获得这一奖项。

  CERN的大型强子对撞机可能产生迷你黑洞,黑洞将在“霍金辐射”的闪光中消失。专家们表示,大型强子对撞机试验可能是自“阿波罗”号登月以来最为复杂同时也最具挑战性的科学壮举。对撞实验的其中一个目的是寻找希格斯粒子,也就是所谓的“上帝粒子”。尚未被发现的希格斯粒子据信是产生质量的关键所在。如果科学家能够证实它的存在,将为操纵存在于所有质量中的重力铺平道路。

  霍金表示,即使寻找希格斯粒子的努力以失败告终也未尝不是一件好事。

  ■ 碰撞·目的

  再现宇宙大爆炸后瞬间

  目前来说,人们对于大型强子对撞机的期待程度不言而喻,但究竟其将破解哪些难题呢。据专家介绍,此次试验将解答困扰科学家的五大难地:质量、粒子问题;宇宙构成及起源是否存在反物质;宇宙大爆炸的谜团;以及是否存在空间额外维度。

  其中,解答宇宙大爆炸的谜团最引人注意。由于对撞机用于把质子束加速到每秒在加速器环内旋转11000次,达到接近光速的速度。经过撞击,科学家们就可以成功地模仿那样的宇宙大爆炸地极高温状态,揭开宇宙大爆炸的谜团。

  ■ 碰撞·过程

  10万倍于太阳温度

  科学家将检验对撞机各组成部分电路,检测对撞机整体运行状况,为粒子高速对撞做准备。运行方向相反的两束高速粒子流一旦对撞,碰撞点将产生极端高温,最高相当于太阳中心温度的10万倍。

  速度“接近光速”

  产生这么高温度的前提,就是反向高速运动的粒子相撞,长达27公里的隧道正是为了实现这一目的。粒子在隧道中被加速,每秒钟环绕隧道11245圈,达到光速的99.99%。这也是人类第一次在粒子对撞实验中实现如此接近第一宇宙速度。

  装备1.5亿个传感器

  这个“超级机器”试验中包含大约1.5亿个传感器。传感器将收集数据后发送给不同计算机系统。

  据欧洲核子研究组织介绍,实验时所收集的数据量将达到每秒大约700兆,一年产生的数据即可刻满10万张DVD。