世界上最大能量最高的粒子加速器---大型强子对撞机

文章来源:原则

在法国和瑞士边境的地下深处，运行着世界上最大、能量最大的粒子加速器——大型强子对撞机。

在LHC，科学家的目标是使大量质子碰撞。碰撞越多，他们观察一些罕见事件的机会就越多。

但是在碰撞之前，质子会被加速到接近光速的速度。带正电的质子会在电场中加速，在磁场的引导下绕环形隧道加速。

2010年，LHC首次实现高能质子-质子碰撞，开启了粒子物理的新时代。从反物质到暗物质，从希格斯玻色子到早期宇宙，是LHC的探索目标。

在过去的十年里，科学家们收集了大量的粒子碰撞数据，取得了许多学术成果，加深了我们对基础物理的理解。这三个结论可能是最重要的:

成功证明了希格斯玻色子的存在，这是之前粒子物理标准模型最后缺失的一块；

进一步巩固了标准模型的有效性，没有发现超出标准模型的证据；

在标准模型的框架内，LHC以前所未有的准确性发现了一些新现象，这些结果扩大并加深了我们对标准模型的理解。

预计在LHC结束其使命之前，将有近20个项目在这里启动。目前，这个巨大的全球性实验室给物理学带来了巨大的影响。接下来，我们按照一些数字来理解LHC:

~ 800万

LHC号投入运行后不久，2012年7月，ATLAS和CMS项目取得了本世纪最伟大的发现之一——证明了希格斯玻色子的存在。它标志着希格斯玻色子几十年探索的结束，也开辟了新的探索前景。当希格斯玻色子首次被发现时，科学家们对这种粒子的性质和相互作用知之甚少。八年过去了，随着我们对希格斯玻色子认识的加深，我们对基础物理整个领域的认识也变得更加清晰。

一个有趣的问题是，科学家们寻找了这么久，LHC已经产生了多少希格斯玻色子？

这个数字大约是800万。虽然不可能确切知道LHC产生了多少希格斯玻色子，但科学家可以通过标准模型方程预测LHC应该产生多少希格斯玻色子。在计算中，科学家们考虑了所有可能产生希格斯玻色子的过程，每个过程产生希格斯玻色子的概率，碰撞的总能量，碰撞的次数。

通过这些计算，科学家精确地定义了希格斯粒子的质量、电荷、自旋和半衰期。他们继续研究希格斯粒子与其他粒子相互作用的不同方式，并将其作为发现标准模型之外的新物理的重要工具。

278

这个数字代表数据量。在过去的十年里，LHC实验已经收集了278万亿的数据。这意味着科学家需要处理和分析大量的数据。

2725

随着LHC科学家不断梳理数据、研究罕见现象、寻找新物理，他们发表的学术论文数量每周都在稳步增加。这些论文还包括成千上万的学生在获得博士学位的过程中所做的工作。截至目前，已发表学术论文2725篇。

75亿

物理学家没有强大的计算能力是无法进行研究的，他们对计算能力的需求远远超过了我们标准的笔记本电脑所能支持的。每天，成千上万的物理学家向全球LHC计算网格提交大约200万个“工作”，每个“工作”都是科学发展的重要组成部分。

395万亿

LHC四个主要实验的碰撞总数约为395，000万亿次，相当于395 FB，这是核物理中常见的面积单位，1 fb⁻相当于100万亿次碰撞。

这是几个数量级？相比之下，我们可以参考位于美国能源部费米国家加速器实验室的LHC的前身——特瓦特龙加速器。在长达25年的质子-反质子碰撞过程中，它为两个实验提供了大约20 fb⁻的能量，这在当时是史无前例的。目前光是ATLAS或者CMS记录的碰撞次数就远远超过了Tevatron记录的。

一个

当LHC运行时，超过300万亿个质子将围绕在加速器的两个束管周围。有趣的是，这么庞大的天文数字对应的质量相当小。即使把2010年以来所有被LHC加速的质子加起来，质量也只有1微克左右，只有花粉那么大。

>300

欧洲核子研究中心的知识转移部门将与学术和工业组织合作，为欧洲核子研究中心开发的技术寻找粒子物理研究以外的应用。自2010年以来，CERN已与安全、医疗技术和航空空航天工程领域的大学和公司签订了300多项知识转移合同。一个值得一提的合作是一个父子医疗团队，他们在2018年使用CERN Medipix阅读芯片开发了世界上第一个3D彩色x光。

~ 1000万

CERN的餐厅每天消耗30公斤左右的咖啡。一公斤咖啡通常可以煮120到140杯咖啡，也就是说在这里一天要消耗4000杯左右！在过去的十年里，这里消费了大约1000万杯咖啡。

10329 & 2947

CERN的国家和国际教师项目欢迎教师团体来实验室三天到两周。在他们逗留期间，老师们参观了实验，与物理学家交谈，并讨论了如何将现代物理引入他们的课堂。10329名教育工作者参加了这项活动。在过去的10年里，除了教育工作者之外，来自世界各地的2947名本科生参加了欧洲核子研究中心的暑期学生计划。这些学生可以投身于真正的一线科研，了解前沿的粒子物理，并在这个过程中接受最专业的训练、辅导和指导。

100万以上

LHC不仅是世界上最著名的物理实验室之一，也是一个重要的“观光点”。在过去的十年里，欧洲核子研究中心通过其公共访问计划，以32种语言接待了超过45，000次访问，使100多万名游客了解了世界上最大的物理实验室是如何工作的。在两个特别开放的周末——一个在2013年，另一个在2019年——欧洲核子研究中心每天平均接待36000名游客！这与巴黎迪士尼乐园每天的平均游客人数大致相同。开放日期间，游客可以参观大型强子对撞机隧道等地方，通常只有授权人员才能进入。