世界上最大的原子加速器，大型強子對撞機，在法國和瑞士的邊界下形成一個27公里長的環(huán)。
大型強子對撞機(LHC)是現(xiàn)代粒子物理學中的一個奇跡，它使研究人員能夠探測到現(xiàn)實世界的深處。根據(jù)物理學家托馬斯·舍爾納-薩迪紐斯(Thomas Sch?rner-Sadenius)2015年的一篇論文，它的起源可以追溯到1977年，當時歐洲核研究組織(CERN)前主任約翰·亞當斯爵士(Sir John Adams)建議建造一條地下隧道，以容納一臺能夠達到極高能量的粒子加速器。
20年后的1997年，該項目正式獲得批準，并開始建造一個27公里長的環(huán)形軌道。該軌道在法國和瑞士邊境之下，能夠將粒子加速到99.99%的光速，并將它們粉碎在一起。在環(huán)內，9300個磁鐵以每秒11245次的速度引導兩個相反方向的帶電粒子，最終將它們聚在一起進行正面碰撞。該設備每秒能產生6億次碰撞，釋放出難以置信的能量，并且每隔一段時間，就會產生一種從未見過的奇異重粒子。大型強子對撞機(LHC)的能量是上一臺創(chuàng)紀錄的粒子加速器（美國費米實驗室退役的Tevatron粒子加速器）的6.5倍。
LHC的建造總共花費了80億美元，其中5.31億美元來自美國。來自60個不同國家的8000多名科學家參與了這項實驗。2008年9月10日，加速器第一次開啟了它的光束，當時碰撞粒子的強度只有最初設計強度的千萬分之一。
在它開始運作之前，一些人擔心新的原子加速器會摧毀地球，也許會創(chuàng)造一個吞噬一切的黑洞。但是幾乎所有著名的物理學家都說這種擔心是沒有根據(jù)的。
歐洲核子研究中心（CERN）主任Robert Aymar解釋道，LHC是安全的，任何認為它存在風險的說法都是虛構的。
但是，這并不是說，如果使用不當，該設施就不會產生潛在的危害。假設你把手放在光束里，它會將一艘航母在運動中的能量聚焦到不到一毫米的寬度，就會在你的手上面開一個洞，然后隧道里的輻射會殺了你。
開創(chuàng)性研究
在過去的10年里，大型強子對撞機通過兩個主要的實驗：ATLAS和CMS，將原子粉碎在一起，這兩個實驗分別對它們的數(shù)據(jù)進行操作和分析。這是為了確保任何一種合作都不會影響另一種合作，而且每一種合作都會對他們的姐妹實驗產生影響。這些儀器已經(jīng)產生了2000多篇關于基本粒子物理學許多領域的科學論文。
2012年7月4日，當大型強子對撞機(LHC)的研究人員宣布發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子(Higgs Boson)時，科學界松了一口氣。希格斯玻色子是50年前一種名為“標準物理模型”(Standard Model Of Physical)理論的最后一道謎題?！皹藴誓Ｐ汀眹L試說明所有已知粒子和力(重力除外)及其相互作用。早在1964年，英國物理學家彼得·希格斯(PeterHiggs)就寫了一篇關于現(xiàn)在以他的名字命名的粒子的論文，解釋了質量是如何在宇宙中產生的。
希格斯玻色子實際上是一個能滲透到所有空間的場，并拖曳著每一個穿過它的粒子。一些粒子在磁場中跋涉得更慢，這與它們的質量更大相對應。希格斯玻色子是這一領域的一種表現(xiàn)，物理學家們已經(jīng)追求了半個世紀。LHC就是為了最終捕獲這個難以捉摸的目標而建造的。最終發(fā)現(xiàn)希格斯粒子的質量是質子的125倍，彼得·希格斯和比利時理論物理學家弗朗索瓦·恩格勒特(FrancoisEnglert)都因預測它的存在而在2013年獲得諾貝爾獎。
電子束管用透明的電子管表示，反向旋轉的質子束用紅色和藍色表示。
即使有希格斯粒子，物理學家也不能休息，因為標準模型仍然有一些洞。首先，它不涉及引力，引力主要被愛因斯坦的相對論所涵蓋。它也不能解釋為什么宇宙是由物質而不是反物質組成的，反物質在時間之初就應該被創(chuàng)造出大致相等的數(shù)量。它對暗物質和暗能量是完全沉默的，當它最初被創(chuàng)造的時候，它們還沒有被發(fā)現(xiàn)。
在LHC啟動之前，許多研究人員會說，下一個偉大的理論是超對稱理論，它為所有已知的粒子增加了類似但質量更大的孿生伙伴。這些重的伙伴中的一個或多個可能是組成暗物質的粒子的完美候選者。而且，超對稱開始對重力產生了影響，解釋了為什么它比其他三種基本力要弱得多。在希格斯粒子被發(fā)現(xiàn)之前，一些科學家希望玻色子最終會與標準模型預測的結果稍有不同，這暗示了新的物理學。
但是當希格斯粒子出現(xiàn)的時候，它是非常正常的，正好在標準模型所說的質量范圍內。雖然這對于標準模型來說是一個偉大的成就，但它卻讓物理學家們沒有任何好的線索。一些人開始談論“失去的幾十年”，追尋那些表面上聽起來不錯，但似乎與實際觀察不符的理論。許多人希望大型強子對撞機的下一次數(shù)據(jù)采集將有助于清理這一混亂局面。
LHC于2018年12月關閉，進行為期兩年的升級和維修。當它重新上線時，它將能夠在能量略有增加的情況下粉碎原子，但每秒碰撞的次數(shù)將增加一倍。到時候它會發(fā)現(xiàn)什么是任何人都猜不到的。人們已經(jīng)在談論用一臺更強大的粒子加速器來代替它，它位于同一區(qū)域，但其大小是LHC的四倍。這一巨大的替代品可能需要20年的時間和270億美元來建造。
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