CMS已經(jīng)被打開(kāi)，幾天之后左右兩部分將再次合在一起開(kāi)始工作。（何農(nóng)/光明日?qǐng)?bào)）

日前，記者專(zhuān)程來(lái)到日內(nèi)瓦郊外、法瑞邊境交界處的歐洲核子研究中心（CERN），下降到地下88米的深處，實(shí)地參觀了“緊湊繆子螺線管磁譜儀”（CMS）。這一磁譜儀是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）上的四個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器之一，位于法國(guó)境內(nèi)。自2015年3月該對(duì)撞機(jī)重新啟動(dòng)工作以來(lái)，這是第一次較長(zhǎng)的例行停運(yùn)、檢修。兩個(gè)月之后，對(duì)撞機(jī)將逐步重回工作狀態(tài)。

北京大學(xué)教授、在歐洲核子研究中心工作的科學(xué)家錢(qián)思進(jìn)博士陪同記者參觀并做了精彩講解。他介紹說(shuō)，這次重啟以來(lái)，開(kāi)始了第二輪為期4年的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。雖然至今尚未有重要的科學(xué)突破，但是對(duì)撞機(jī)在2015至2016年運(yùn)行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，正在被全球的高能物理科學(xué)家們分析使用，未來(lái)的科研成果值得期待。

地下深處的無(wú)線網(wǎng)

“緊湊繆子螺線管磁譜儀”（CMS）是一個(gè)長(zhǎng)28.7米，直徑15米，水平放置的圓柱形粒子探測(cè)器，總重量12500噸。這是歐洲核子研究中心大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）的四個(gè)大型探測(cè)器之一。這四個(gè)大型探測(cè)器包含在一個(gè)周長(zhǎng)27公里的環(huán)形隧道中，貫穿瑞士與法國(guó)邊境。其他三個(gè)大型探測(cè)器分別是超環(huán)面譜儀（ATLAS）、大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)底夸克探測(cè)器（LHCb）和大型離子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)器（ALICE）。

經(jīng)過(guò)不到2分鐘的下降，記者乘坐的電梯就到達(dá)了“緊湊繆子螺線管磁譜儀”（CMS）的工作平臺(tái)。錢(qián)教授介紹說(shuō)，一般而言，在大城市的摩天大樓里，人們都會(huì)被囑咐說(shuō)，一旦發(fā)生火災(zāi)等危險(xiǎn)，千萬(wàn)不要乘坐電梯，而要走步行梯，以避免電梯通道中的火焰和煙霧或避免電梯突然停電。但在這里則完全相反，一旦發(fā)生火災(zāi)等不測(cè)，最安全的地方，反倒是電梯井。原因有兩個(gè)：一是電梯通道本身是加壓的，即使有火災(zāi)，火焰、煙霧也不會(huì)進(jìn)入電梯井，而是被推出井外；其次，電梯的供電系統(tǒng)是完全獨(dú)立的，即使別的地方斷電了，這里也不會(huì)斷電。而且，這個(gè)電力系統(tǒng)還有一個(gè)備份。所以，電梯，是這個(gè)地下約100米的工作平臺(tái)最安全的地方。

另外一個(gè)令人驚訝的事是，在這遠(yuǎn)離地表的地下深處，竟然有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)！為了工作方便，雖然這里有禁止吃喝東西、禁止吸煙等很多禁令，但在這里上網(wǎng)全無(wú)障礙。

接近極限的實(shí)驗(yàn)

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）中有9593根超導(dǎo)磁鐵（其中最長(zhǎng)的一種磁鐵有15米長(zhǎng)，共1232根）構(gòu)成，兩束以接近光速相反運(yùn)行的質(zhì)子束流在這些磁鐵的引導(dǎo)下，在上述四個(gè)大型探測(cè)器中實(shí)現(xiàn)對(duì)撞。儀器隨時(shí)監(jiān)控記錄對(duì)撞數(shù)據(jù)，供科學(xué)家們分析使用。錢(qián)教授說(shuō)，雖然每秒鐘上億次的碰撞產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)，但是絕大多數(shù)數(shù)據(jù)都是平凡的、已知的，不包括極其稀有的新粒子。1964年，英國(guó)物理學(xué)家彼得·希格斯和比利時(shí)物理學(xué)家弗朗索瓦·恩格勒各自的獨(dú)立研究，從理論上預(yù)言了所謂希格斯玻色子的存在。近50年來(lái)，成千上萬(wàn)的物理學(xué)家在各種實(shí)驗(yàn)中不斷尋找，終于在2012年7月4日，歐洲核子研究中心的科學(xué)家在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）產(chǎn)生的數(shù)百萬(wàn)億質(zhì)子對(duì)撞中，發(fā)現(xiàn)了一些粒子與希格斯玻色子的特征吻合（其概率是一萬(wàn)億分之一）。這一提取到的實(shí)驗(yàn)證據(jù)證實(shí)了希格斯玻色子的存在。由此，彼得·希格斯和弗朗索瓦·格勒分享了2013年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。而這時(shí)，當(dāng)年與恩格勒教授一起合作的研究者羅伯特·布繞特教授已經(jīng)在幾年前去世了。

錢(qián)教授介紹說(shuō)，這近9600根磁鐵要在-271.2攝氏度的低溫環(huán)境下，才能正常工作。為了達(dá)到這個(gè)接近宇宙低溫極限（-273.15攝氏度，即所謂絕對(duì)零度）的溫度，科學(xué)家們要使用大量的液態(tài)氮和液態(tài)氦。每次降溫的過(guò)程，需要約130噸的液態(tài)氦，這個(gè)用量差不多是全世界液氦年產(chǎn)量的1%。因此，歐洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）啟動(dòng)前和暫時(shí)停止運(yùn)行后，瑞、法邊境周?chē)罅勘池?fù)大罐的卡車(chē)川流不息，形成了壯觀的一景。

歐洲核子研究中心的關(guān)鍵部分是27公里長(zhǎng)的環(huán)型隧道，這一隧道從20世紀(jì)80年代開(kāi)始在地下開(kāi)挖。2008年9月10日，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）開(kāi)始運(yùn)行，成為目前世界上最大、對(duì)撞能量最高的粒子加速器。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)可以把數(shù)百萬(wàn)億計(jì)的質(zhì)子加速至約光速的99.9999991%，即在一秒內(nèi)，能夠在27公里長(zhǎng)的軌道上狂奔11245圈。

為何建在地下100米

“緊湊繆子螺線管磁譜儀”（CMS）則首先在地面上分塊建造了約10年。CMS由11大塊組成，這其中的每塊質(zhì)量都有上千噸，每塊都包含成千上萬(wàn)個(gè)部件。從造船廠租來(lái)的專(zhuān)用吊車(chē)將這些大塊通過(guò)直徑15米多的龐大垂直工作井，送抵深達(dá)100米的探測(cè)器地下大廳，然后再進(jìn)行拼裝。15米直徑的垂直豎井看上去很粗，但運(yùn)輸時(shí)每一大塊探測(cè)器的部件與豎井壁的間距僅有約10厘米，因此吊車(chē)必須小心翼翼、平穩(wěn)勻速地下降。上千噸重的成型大塊，一旦不慎碰撞上工作井的內(nèi)壁，后果不堪設(shè)想。所以，每大塊的下降時(shí)間，都要10個(gè)小時(shí)左右。

那么，拼裝在一起的上萬(wàn)噸重的機(jī)器，各大塊之間是如何實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟、閉合的呢？這么重的東西，如何實(shí)現(xiàn)成本低、操作方便的移動(dòng)呢？錢(qián)教授介紹說(shuō)，這里用的就是氣墊船的原理。用高壓空氣，在每一大塊下部往地面噴壓，使其脫離地面1至2毫米，不再有地面摩擦力時(shí)，再使用機(jī)械推動(dòng)。

這27公里長(zhǎng)的隧道為何建造在地下100米深處而非地面上？首先是為了避免輻射。建在地下深處可以讓高能粒子束流運(yùn)行和對(duì)撞產(chǎn)生的對(duì)人體有害的輻射被100米厚的土層吸收，這比在地面上在機(jī)器外圍建造27公里長(zhǎng)的很厚的“水泥桶”把機(jī)器保護(hù)起來(lái)更安全高效。其次，根據(jù)法、瑞有關(guān)法律，地表的財(cái)產(chǎn)（如土地、樹(shù)林、河流和房屋等）有可能是私有的，但地下深處的土地則屬于公有。在地下100米開(kāi)建，從成本上考慮遠(yuǎn)比在地面買(mǎi)地建造要?jiǎng)澦恪?/p>

據(jù)介紹，2008年9月，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)在剛啟動(dòng)9天后的一次運(yùn)行中，即發(fā)生過(guò)一次嚴(yán)重的液氦泄漏事故。連接所有9千多根超導(dǎo)磁鐵需要五萬(wàn)多個(gè)接點(diǎn)，由于其中一個(gè)接點(diǎn)接觸不良，以至于在超導(dǎo)高電流的情況下發(fā)生熔毀，這造成了冷卻液管道破損，因此大量液態(tài)氦泄露，形成了重大事故。經(jīng)過(guò)14個(gè)月的修復(fù)和加固后，對(duì)撞機(jī)于2009年11月重新啟動(dòng)并安全運(yùn)行至今。

歷經(jīng)60年的使命

1954年，12個(gè)歐洲國(guó)家（比利時(shí)、丹麥、德國(guó)、法國(guó)、希臘、意大利、挪威、瑞典、瑞士、荷蘭、英國(guó)、南斯拉夫）聯(lián)合創(chuàng)建歐洲核子研究中心（南斯拉夫后來(lái)退出）。現(xiàn)在共有22個(gè)正式成員國(guó)（以上11國(guó)再加上奧地利、西班牙、葡萄牙、芬蘭、波蘭、匈牙利、捷克、斯洛伐克、保加利亞、以色列、和羅馬尼亞），5個(gè)準(zhǔn)會(huì)員國(guó)（印度、塞浦路斯、巴基斯坦、土耳其、烏克蘭），1個(gè)正在加入的成員國(guó)（塞爾維亞），5個(gè)申請(qǐng)成員國(guó)（巴西、克羅地亞、立陶宛、俄羅斯和斯洛文尼亞），還有5個(gè)觀察員國(guó)或機(jī)構(gòu)（美國(guó)、日本、俄羅斯、聯(lián)合國(guó)教科文組織、歐盟）。除此之外，還有40多個(gè)非成員國(guó)與歐洲核子研究中心簽署了科研合作協(xié)議。歐洲核子研究中心有2000多名雇員，同時(shí)有約13000名來(lái)自成員國(guó)和非成員國(guó)的物理學(xué)家來(lái)到這里參與科研。其中，有近百位來(lái)自中國(guó)的物理學(xué)家，他們?cè)L問(wèn)研究的時(shí)間有長(zhǎng)有短。經(jīng)過(guò)60多年的運(yùn)作和發(fā)展，歐洲核子研究中心現(xiàn)在是世界上最開(kāi)放、最國(guó)際化、軟硬件條件最好的高能物理實(shí)驗(yàn)基地。

據(jù)說(shuō)，當(dāng)初在為歐洲核子研究中心選址的時(shí)候也有其他候選城市。最終日內(nèi)瓦因?yàn)榈乩砦恢每拷鼩W洲中心、“國(guó)際化”程度較高而最終勝出。

錢(qián)教授概括道，歐洲核子研究中心共有四項(xiàng)主要使命：一是探索微觀世界，使人類(lèi)對(duì)大自然的理解突破現(xiàn)有邊界，向縱深發(fā)展。二是推動(dòng)新技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)新技術(shù)應(yīng)用于人類(lèi)生活?；ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)“萬(wàn)維網(wǎng)”、醫(yī)療診斷的人體掃描和機(jī)場(chǎng)或海關(guān)等處的安保系統(tǒng)的掃描技術(shù)（包括檢測(cè)大型集裝箱）等，最初都是由歐洲核子研究中心的科學(xué)家們發(fā)明或推廣應(yīng)用的。三是培養(yǎng)新的科學(xué)人才，訓(xùn)練教師和學(xué)生。四是團(tuán)結(jié)全世界不同政治、文化、宗教背景、不同膚色的科學(xué)家一起工作、為科學(xué)獻(xiàn)身。（記者 何農(nóng)）

歐洲核子中心地下迷宮長(zhǎng)什么樣？跟記者一起來(lái)看看吧

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