原子对撞机

大型强子对撞机是世界上最强大的粒子加速器。2015年6月，大型强子对撞机重新启动时的能量几乎是2013年首次运行时的两倍。（欧洲核子研究中心）

十年前，世界上最大的科学仪器开启，一个研究王朝开始了。

2008年9月10日，一束质子第一次被射出，环绕着大型强子对撞机（LHC）16.5英里长（27公里）的圆环，强子对撞机是世界上最大、能量最高的强子对撞机曾经建造过的原子粉碎机。大型强子对撞机位于瑞士日内瓦郊外的欧洲核子研究中心（CERN）实验室，其建造目的是以接近光速的速度将高能质子束粉碎在一起。声明的目标是创造和发现希格斯玻色子，标准模型中最后一个缺失的部分，我们对亚原子物质行为的最佳理论。但进球远不止这个。我们真正想做的是发现一些完全出乎意料的东西——如此之大，如此之新，这意味着我们必须重写教科书。

和大型强子对撞机并没有悄然开启。在几周和几个月前，媒体上充斥着令人窒息的关于大型强子对撞机将形成一个黑洞从而毁灭地球的恐惧故事。媒体很好地驳斥了这些耸人听闻的说法，但这篇报道实在太好了，即使是在最负责任的印刷、在线和广播媒体中，也不能不发表。

大型强子对撞机所在的欧洲核子研究中心实验室决定邀请媒体观看大型强子对撞机的首次发射光束。黑洞的狂热确保了媒体的出现。英国广播公司、美国有线电视新闻网、路透社和十几家国际媒体都出席了庆典。抛开黑洞不谈，从公关的角度来看，这是一个危险的选择：全新的加速器是挑剔的野兽，而大型强子对撞机尤其如此。它由数千块磁铁和数万个电源、监控电子设备等组成。最轻微的事故可能会推迟几天或几周，第一次成功的束流循环。[照片：世界上最大的原子粉碎机（LHC）

那天早上有一些紧张的时刻。最初的几次尝试都失败了，原因是一些反叛的电源。然而，就在当地时间上午10:30，加速器操作员成功地将一束非常低强度的质子穿过整个复合体。因为大型强子对撞机本质上是两个加速器——用来容纳方向相反的光束——下一步是引导光束通过第二组光束管。那是在第一次成功后不久发生的。世界上的媒体如实地宣布了这项技术成就。粒子物理学很少得到这种媒体的曝光。

尽管举世瞩目，但在那一天所取得的成就却相对温和。低能、低强度、来自馈源加速器的光束被注入大型强子对撞机。光束在环上循环了几次，能量很低，这意味着大型强子对撞机设计的最低能量。大型强子对撞机的工作方式是接收来自较小加速器的粒子束，然后将粒子束加速到比接收到的能量高15倍以上。在第一次尝试中，没有任何加速光束的意图。仅仅成功地绕着圆环转就足够了。

此外，光束的强度还不到设计强度的千万分之一。在粒子束中，强度与光的亮度相似。通过添加更多的质子或将光束聚焦到更小的尺寸，可以使光束变得更强烈。在那一天，聚焦仍然是未来的目标，只有极少数的质子被放入加速器。最初，实际的加速器电子设备的时间并不完全正确。所以，显然还有一条路要走。

但是，不管怎样。这是令人兴奋的，它无疑是通往全面行动的重要踏脚石。软木塞被戳破了。香槟喝多了。拍背拍照。今天天气不错我不是第一束在欧洲核子研究中心。毕竟，我对大型强子对撞机的兴趣是用它来粉碎高能粒子，大家都知道那时不会发生碰撞。相反，我在费米实验室工作，费米实验室是美国的旗舰粒子加速器实验室，也是除欧洲核子研究中心（CERN）外，从事大型强子对撞机数据分析的最具影响力的研究机构。这两个实验室有兄弟关系，当一个技术障碍被克服时，我们互相欢呼。在费米实验室，我们决定在9月10日晚上为科学家和当地社区举办一个睡衣派对。这是非同寻常的。数百名当地人在凌晨2:00出现，并在当地时间凌晨4:30等待光束成功循环。我走来走去，和公众、记者交谈，他们无法说服编辑们把他们送到欧洲和其他科学家那里去。观众的欢呼声足够响亮，我想他们可以在东方4400英里的欧洲核子研究中心听到。

当然，2008年9月10日上午的成功是非常重要的，但他们只是朝着期望的结果迈出了一步，那就是启动地球上最强大的粒子加速器。要做到这一点，围绕大型强子对撞机的1232块巨大磁铁需要在完全电流下进行测试。因此，欧洲核子研究中心的加速器工作人员把注意力转移到了完成这项工作上。这就是事情出岔子的地方。9月22日，当一个有缺陷的焊点导致铜母线过热，导致其熔化，然后产生电弧时，操作人员正在拆除最后一组磁铁，然后刺穿装有液氦的保温瓶，使磁铁能够承受一万安培的电流，从而使强大的磁场成为可能。[画廊：在大型强子对撞机上寻找希格斯玻色子]

随着那次刺穿，氦在高压下被释放…形成一个足够强大的喷射，将一个35吨重的磁铁向侧面推18英寸，并从固体混凝土中拉出安装支架。氦的温度是零下450华氏度，它使大型强子对撞机隧道冷却了一英里。修复损坏并添加额外的故障保护设备花了一年多的时间。

2010年2月27日，大型强子对撞机加速器工作人员准备再试一次。然后，在大约一个半小时的时间里，他们重复了这个练习，再次在相反的方向循环光束。这一次，在没有通知媒体的情况下进行了尝试。直到3月19日，工作人员最终将光束加速到比先前的世界纪录加速器费米-特瓦特龙高3.5倍的能量。那天我碰巧在欧洲核子研究中心，这项成就是在黎明前的凌晨完成的。我和同事们一起观看了监视器，当宣布光束稳定时，香槟酒、拍背声和欢呼声再次出现，这一次没有电视摄像机，

从那天起，大型强子对撞机就只是一种科学现象……向排列在圆环周围的四个探测器发出了非凡的光束。迄今为止的科学成果是巨大的，两个更大的实验分别发表了800多篇论文，整个研究计划发表了2000多篇。

在过去十年中最具影响力的发现是希格斯玻色子，这是粒子物理标准模型中最后一个缺失的部分。它于2012年7月4日再次向全世界观众宣布，覆盖了1000多家电视台，观众达10亿。世界再一次分享了发现的兴奋。[6发现希格斯玻色子粒子的意义]

和大型强子对撞机的未来确实是光明的。虽然我们已经成功地运行了10年，但我们的目的是继续使用加速器进行探索。目前，该计划至少在未来20年内继续运营。事实上，据估计，到2018年底，大型强子对撞机的实验将只收集到设施寿命内记录的3%的数据我。2018年底，大型强子对撞机将暂停运营两年，进行翻新和升级。在2021年春天，它将恢复运作，大大改进探测器。我们不可能知道使用大型强子对撞机会发现什么科学真相。这就是做科学…如果我们知道我们会发现什么，就不会被称为研究。但毫无疑问，大型强子对撞机是一颗智力和技术上的明珠——这是过去的研究人员只能梦想的成就。大型强子对撞机可以探测到最小的距离尺度、最高的能量，并再现宇宙中最后一个普遍存在的条件，而宇宙大爆炸后的情况只有万亿分之一秒。它是一种探索和发现的工具。我们才刚刚开始。它将是辉煌的。

生日快乐，大型强子对撞机。

最初发表在《生命科学》杂志上。

唐林肯是费米实验室的物理研究员。他是《大型强子对撞机：希格斯玻色子的非凡故事和其他会让你头脑发热的东西》（约翰霍普金斯大学出版社，2014）的作者，他制作了一系列科学教育视频。在Facebook上关注他。在这篇评论中表达的观点是他的。

Don Lincoln将这篇文章贡献给了Live Science的专家之声：评论版和见解。“