LHC啟動——見證歷史的一刻

■ 張元翰

在2008年9月，全世界媒體的科學(xué)報道都聚焦在瑞士日內(nèi)瓦的歐洲核子研究組織，因為一個全新的高能加速器于9月10日正式啟用了。歐洲核子研究組織花了近20年的時間，匯聚全球頂尖物理學(xué)家之力建造完成的大型強(qiáng)子對撞機(jī)，是史上最大規(guī)模的科學(xué)實驗。不同于早期放得進(jìn)一間普通房間的加速器，大型強(qiáng)子對撞機(jī)大到需要一個周長達(dá)27千米、橫跨法國與瑞士二國的地底隧道，里面放滿了超導(dǎo)磁鐵。比起前一代的加速器，大型強(qiáng)子對撞機(jī)將把質(zhì)子加速到7兆電子伏特，能量提高了近10倍，大幅拓展了我們對基本粒子的研究能力。

科學(xué)無國界

建造這么大的加速器，除了得依靠歐洲核子研究組織研究加速器50年來所累積的經(jīng)驗和技術(shù)外，資金需求更是另一個重要的問題。大型強(qiáng)子對撞機(jī)的造價超過20億美元，還不包含約15億美元的探測器，沒有一個國家的科學(xué)預(yù)算能支持這樣龐大的工程。幸好歐洲核子研究組織是由歐洲各國共同出資成立的國際性組織，得以順利將來自80余個國家的科學(xué)家、工程師、學(xué)生組成國際團(tuán)隊，并取得各國政府的支持，共同建造，共享成果。

這里就像一個沒有國界的大同世界，科學(xué)家爭的是技術(shù)細(xì)節(jié)與設(shè)計方案，而不是國家、民族或政治的界線。美國和蘇聯(lián)的團(tuán)隊早在蘇聯(lián)解體前就在歐洲核子研究組織合作無間。

9月10日上午9時，大型強(qiáng)子對撞機(jī)的控制室里擠滿了人，負(fù)責(zé)操作的物理學(xué)家和加速器專家在各自的計算機(jī)屏幕前，專注地調(diào)整各項參數(shù)?？刂剖业暮蠓絼t規(guī)劃為媒體區(qū)，讓各國媒體實地觀看啟動過程。其他物理學(xué)家，包括我在內(nèi)，就擠在歐洲核子研究組織的大講堂內(nèi)，觀看由控制室傳來的實況轉(zhuǎn)播。開始運(yùn)轉(zhuǎn)前，計劃總負(fù)責(zé)人艾萬斯與歐洲核子研究組織的主任艾莫簡單致詞，接著就由艾萬斯指揮，啟動大型強(qiáng)子對撞機(jī)的首次運(yùn)轉(zhuǎn)。

第一道質(zhì)子束流起跑

第一個步驟的目標(biāo)是讓質(zhì)子繞行27千米的環(huán)狀束流管一圈。若想順利達(dá)成，大型強(qiáng)子對撞機(jī)內(nèi)部數(shù)千個大型超導(dǎo)磁鐵都必須運(yùn)作正常，數(shù)百萬個各種零件也都不能出現(xiàn)任何差錯。艾萬斯在致詞時，特別提到上一個大型加速器“大型電子正子對撞機(jī)”，光在這一步驟就花了整整12個小時。

這個步驟將大型強(qiáng)子對撞機(jī)劃分為八段，首先讓質(zhì)子通過第一段約3千米的路程。當(dāng)屏幕上突然閃動了一個光點(diǎn)，代表質(zhì)子已經(jīng)到達(dá)第一段的尾端，所有人都不自禁地鼓掌叫好。接著，第二段和第三段也順利通過，只花了30分鐘。第四段的尾端是大型強(qiáng)子對撞機(jī)上所裝設(shè)的二個大型探測器之一：緊湊渺子螺管偵測器。不久，控制室傳來好消息，他們已經(jīng)看到束流粒子的信號，并用以調(diào)整探測器的參數(shù)。

大型強(qiáng)子對撞機(jī)控制室隨即將束流繼續(xù)送往第五段和第六段，沒有碰到任何問題。在第六段和第七段中，一度看到較大的震蕩，但是經(jīng)過控制室的調(diào)整后，很快就恢復(fù)正常，原來預(yù)期要花上一段時間的工作，在我們還來不及察覺時就已經(jīng)完成。忽然間，艾萬斯宣布即將完成質(zhì)子環(huán)繞一周的運(yùn)行，大家屏息以待，數(shù)千人的目光都集中在顯示屏幕上，粒子信號閃亮的瞬間，全場歡聲雷動，大家都用力鼓掌叫好，互道恭喜。對粒子物理而言，一個新的時代開始了。