大型强子对撞机十年：故事仍在继续 寻找大自然

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北京时间1月2日音讯，据国外媒体报道，早在2008年，世界上最强壮的粒子加速器大型强子对撞机（LHC）射出了第一道质子束。十年之后的今日，或许咱们应该好好评价一下从这一巨大设备中获取的效果，以及它未来的发展方向。

大型强子对撞机的最大成果之一就是希格斯玻色子的发现。上图是希格斯场的幻想图。希格斯场充满着世界，当基本粒子与其相互作用时，就被赋予了质量。

大型强子对撞机是世界上最大的粒子加速器设备，首要部分是坐落法国和瑞士鸿沟地下长度达27公里的圆形地道。

LHC的故事既令人振奋又好事多磨。在运转的开端几天里，这台仪器的巨大磁铁发生了灾难性的损坏；随后，它从这场悲剧中凤凰涅槃，取得了一些激动人心且颇有说服力的发现，包括希格斯玻色子的发现。英国理论物理学家彼得希格斯（Peter Higgs）和比利时物理学家弗朗索瓦恩格勒（Francois Englert）因为这一发现而取得了诺贝尔奖，他们在半个多世纪之前就预言了这种粒子的存在。让全世界的新闻媒体都报导粒子物理学的新闻是很难以想象的，但希格斯玻色子的发现做到了这一点。

物理学家相同既严重又振奋，都在等候他们期望得到的意外发现。在将近半个世纪的时刻里，科学家现已对亚原子物质有了现在干流的理论了解。这种了解被称为粒子物理学的规范模型。

可是，规范模型并不能解说理论物理学中的悉数。它不能解说夸克和轻子为什么好像能存在于三个不同的，但简直相同的类别中。这种分类称为代（generation），为什么是三代，不是二代或四代，或20代？规范模型也不能解说为什么咱们的世界完全由物质组成，对爱因斯坦的相对论最简略的了解现已指出，世界中应该包括等量的反物质。

在LHC的初次运转之前，一些物理学家期望经过对原子的炮击，能够协助回答这些令人费解的问题。处理这些难题时最常被引证的理论是超对称。该理论指出，悉数已知亚原子粒子都具有对应的超对称粒子。这些粒子反过来能够为暗物质和其他难题供给解说。可是，物理学家还未发现任何超对称的依据。更重要的是，LHC的数据现已排除了那些包括超对称性的最简略理论。那么，LHC取得了哪些效果？

除了希格斯玻色子外，LHC还为4个大型试验合作项目供给了许多数据，产生了超越2000篇科学论文。在LHC内部，粒子以高于费米试验室兆电子伏特加快器（Tevatron，又称为正负质子对撞机）6.5倍的能量彼此磕碰。在此之前，兆电子伏特加快器曾是世界上运转能量最高的粒子对撞机，而在坚持了25年之后，LHC总算取而代之。

那么，这是一个问题吗？十分认真地说，答案是否定的。终究，科学家更多的是试验并回绝过错的新主意，而承认正确的观念也相同重要。

故事还未完毕

尽管LHC或许还将运转20年，但现在也能够很合情合理地发问：下一步是什么？粒子物理学家正在考虑缔造一个后续的粒子加快器来代替LHC。作为LHC的连续，一个或许性是以令人难以置信的能量100TeV，远高于LHC规划最高的14TeV使质子磕碰。不过，到达如此惊人的能量需求做到两件事：首要，咱们需求缔造强度更大的磁体，要比LHC用来推进粒子的磁体强壮两倍，这一点很有挑战性，可是应该能够完成；其次，咱们需求缔造另一条地道，与LHC的地道相似，但通道大3倍以上，其圆形地道周长挨近100公里，大约是LHC地道的4倍。

研讨人员的一个主意是，这个新加快器将使一束电子和反物质电子磕碰。因为质子束和电子束在加快时的差异电子束会在圆形结构中比质子束失掉更多的能量这束电子将运用约98公里的地道，可是会以比运用质子束时更低的能量。另一个主张是，仍是用相同的98公里地道来磕碰质子束。一个折中的主张是从头启用现在LHC的地道，但运用更强壮的磁体。这个选项尽管仅仅让LHC现在能到达的磕碰能量加倍，但却是一种本钱较低的代替计划。

现在这两个潜在计划还处于评论阶段。终究，提出这些计划的科学家有必要找到情愿为此供给资金支撑的政府或集体。在此之前，科学家还需求断定树立新设备所需求的才能和技能。两个物理学家集体最近都发布了广泛和具体的文字资料，论述了他们的规划。这些还不足以完成他们的想象，但现已足以比较未来估计的试验效果，并能开端整合出牢靠的本钱猜测。

研讨前沿常识是一项艰巨的使命，从愿望缔造如此大规模的设备，到设备的终究封闭，其间或许要阅历数十年。在咱们留念LHC榜首束粒子碰击十周年之际，回忆效果并展望未来是很有必要的。跟着技能开展，下一代科学家将会有更多的数据来取得更激动人心的发现，咱们也将揭开大自然更多的诱人奥妙。

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