在瑞士地下探索宇宙起源

本報駐瑞士特約記者 金寒冰

化石讓人們了解人類和地球的歷史，那么要想知道更遙遠的宇宙起源，人類將借助什么來研究呢？大型強子對撞機被認為是當今可以模擬宇宙大爆炸后初態，并探索宇宙起源奧秘的重要設備。這個全球最大的實驗裝備就安裝在歐洲核子研究中心。《環球時報》記者慕名來到這里，在瑞士日內瓦郊外地下100多米深處，一睹大型強子對撞機的真面目。

特殊人群才能“入地”參觀

歐洲核子研究中心(CERN）坐落在毗鄰法國邊境的瑞士日內瓦西郊梅漢。經過半個多世紀的發展，這里已是全球最大規模的粒子物理學實驗室。約有來自60多個國家的3500余位科學家在這里常年全職工作。該研究中心的核心——大型強子對撞機（LHC）被安裝在距地面平均深度100多米處一條全長27公里的環形隧道中。有的地段深達140米。隧道所在地的地面是成片的葡萄園、牧場、農田。這里人口密度不大，每個小村鎮居住人口不足百人，最大的也就幾百人。

記者在日內瓦的居住地距這里僅有10分鐘車程，坐14路有軌電車在CERN站下車即到。這里最吸引眼球的是一座高大的圓形建筑，這是對公眾免費開放的展廳，民眾在網上提前預約就可以參觀。在這里可以通過觀看短片了解天體、宇宙及宇宙大爆炸等科學名稱的含義。還有一個短片專門介紹安裝在CERN內的強子對撞機的情況。這幢建筑主樓后面是CERN的主要實驗室、研究室、演示中心、會議室、演講廳及科學家的生活設施等。

參觀大型強子對撞機就不是什么人都有這個機會了，只允許國際媒體、相關工程技術人員、會員國的外交人員等特定群體參觀。記者曾兩次受邀到此參觀，至今記憶猶新。2008年首次進入大型強子對撞機現場參觀時整個工程尚未竣工，當時記者在工程技術人員的引領下，先在地面接受安檢，把可能引爆裝置的電子設備以及與參觀沒有直接聯系的物件統統留在更衣室，然后換上橘黃色的工程裝，頭戴有蓄電池照明的安全帽（防尚未竣工的隧道內設施臨時斷電）分批（每批約20人）乘坐直井電梯下降至距離地表100米的工程現場。整個下降過程也就數十秒鐘。

2011年再次下井的情況就截然不同了。記者不用換上橘黃色工程服，只是披上薄薄的工作服并佩戴參觀者標記就可以了。若不告訴你這是地表以下100米深層，參觀者根本感覺不到。因為地下通風與照明設施均十分完備。參觀人員下井后不能自行走訪，必須在引導人員帶領下，走過一段可供參觀的隧道，那里陳設著全長27公里環形對撞機的一小部分。大多數情況下，參觀者只允許在緊急出口處觀望靜臥在隧道里的對撞機外殼，這個外殼使用堅固的鋼結構逐段拼接而成。

最新成果挑戰相對論

建造大型強子對撞機的設想始于上世紀80年代初，動工建造是1998年，原計劃2005年建成，但由于資金缺口較大，直至2008年9月才啟動，前后工期大約是10年。CERN國際合作組發言人華裔科學家任忠良博士告訴《環球時報》記者，這臺大型強子對撞機的最終制造費用高達近80億美元，建成后每年維持運行的費用達1億美元。

據工程技術人員介紹，建造隧道工程本身并不十分復雜，因為瑞士的全民防空意識非常強。瑞士幾乎每塊土地底下都建有地下工程，記者及普通瑞士民眾居住的房屋底下也建有防空設施，多的有三層。另一個原因是，瑞士是全球開掘隧道最多的國家，隧道已打穿了阿爾卑斯山脈，瑞士工程師還幫很多國家完成了世界80%以上的海底隧道工程。與這些浩大工程相比，僅在日內瓦郊區的丘陵與平原底下100米深處挖掘隧道就是小菜一碟了。

強子對撞機的主要任務是模擬研究宇宙大爆炸后的最初狀態。隧道內的極低溫將出現超導現象，使粒子在管道中幾乎不受任何阻力，以至接近光速。一直在CERN從事高能物理研究的華裔科學家、諾貝爾物理學獎得主丁肇中教授在接受《環球時報》記者采訪時用通俗易懂的語言解釋說，科學家通過采用液態氦，將深埋在100多米地下的27公里環形管道建成超低溫真空狀態，其溫度通常保持在零下270多攝氏度，并在零電阻狀態下保持LHC的高強度磁場。

按照科學家的設計，LHC啟動后，無數粒子會以接近光速的速度圍繞這個巨大環形設備運行并發生劇烈碰撞。為檢測撞擊結果，科學家在LHC上加裝了4個同步進行檢測的探測器，其中最大的是一個環型儀器，直徑25米、長度46米、重達7000余噸，相當于100架波音747寬體客機的重量。這個檢測儀精度超高，能記錄每秒4000萬次以上的粒子碰撞影像，通過超大型計算機處理后就可發現粒子運行過程中存在的極細微的變化痕跡。

大型強子對撞機啟動以來，科學家已多次宣布科研成果。2011年12月13日，CERN稱，兩個研究小組都發現了“希格斯玻色子”，它被認為是物質獲得質量的根源，是建造宇宙的基本模塊。2010年11月8日，LHC制造了一次小型宇宙大爆炸，模擬了137億年前宇宙形成的瞬間過程。當時實驗產生的瞬間高溫相當于太陽核心溫度的100萬倍，是迄今人類在實驗室獲得的最高溫度和能量。

科學家認為，宇宙大爆炸發生時物質與反物質等量存在，但反物質到哪去了？這是長期困惑科學家的問題。2011年6月，CERN的科學家宣布，他們成功俘獲反氫原子長達16分鐘，比先前的記錄延長了5000倍。

愛因斯坦的相對論認為，所有物體的運動速度都不可能超過光速，然而CERN科學家2011年11月進行的一項實驗，觀察到了速度稍高于光速的中微子。

巨大磁場讓百姓擔憂

LHC的存在是為了探索宇宙起源未知的奧秘，但它本身對現實生活的影響同樣充滿懸念。工程技術人員告訴記者，之所以將對撞機深埋在地下，是因為其在模擬宇宙大爆炸瞬間將產生巨大電磁場。若機器距離地表太近，不但會干擾地面無線電通訊，也會直接干擾直線距離不足5公里的日內瓦國際機場的飛機起降與地面控制指揮系統。即便在地下100米，在機器運行期間產生的強大磁場對附近地表還是有一定影響，特別是對指南針以及手機等無線通訊，只是媒體不予過多宣傳而已。

自大型強子對撞機正式運行以來，周圍居民對其有可能產生的影響一直很擔心。記者的鄰居伊萊·佩里雅克不止一次地向記者抱怨：“我們離CERN如此近，要是LHC模擬宇宙大爆炸的瞬間出大事故，首先遭殃的肯定是我們這一區域的居民。”他還半開玩笑地說想搬離這個區域，不過至今他還是我的鄰居。

其實，不僅是老百姓，有科學家也對啟動強子對撞機持反對立場。他們認為，LHC模擬宇宙大爆炸實驗很可能產生微型黑洞，以指數倍速度膨脹的人造黑洞可能會在幾年內吞噬地球，人類生命將被全部消滅。美國前核能安全官員沃爾特·瓦格納和西班牙科普作家路易斯·桑丘分別向美國夏威夷地區法院和歐洲人權法院提交了訴訟，要求CERN中止這個項目。雖然起訴被法院駁回，但就LHC實驗侵犯人權的指控仍在進行。

對于上述擔憂，有科學家反駁稱，只有在特殊條件下才可能產生黑洞，概率在幾十萬分之一到幾百萬分之一。即使產生黑洞也會立刻蒸發，不會帶來毀滅性后果。英國媒體援引著名物理學家斯蒂芬·霍金的話說:“LHC是安全的。地球大氣每天都會產生釋放巨大能量的撞擊，卻從未因此發生災難，世界不會因LHC啟動而終結。”▲