大型强子对撞机七宗最：平凡人类如何寻找创世魔法？

猴哥

为什么从九岁起，谢耳朵就梦想着去看大型强子对撞机（LHC）？

他甚至跟佩妮引发撕逼大战…


为什么大型强子对撞机（LHC）是全世界物理学家心目中的圣地？
人类为什么要耗资巨大，建造史上这一最大型的科学仪器？
叩响天堂之门，平凡的人类如何寻觅宇宙创世的上帝魔法？
让科学家们开撕的大型强子对撞机，到底是什么，又意味着什么？
?第一宗“最”?
史上最大型科学仪器
大型强子对撞机是人类建造过的最大的机器，它坐落于瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心日内瓦附近，横跨法国和瑞士的边境。它是一个圆形加速器，深埋在侏罗山地下100米，总长约27公里（含环形隧道）的隧道内。大型强子对撞机可以使高能质子对撞，产生高能反应。
然后，能量转变成质量，产生新的粒子。大型强子对撞机中研究的对撞过程类似于宇宙大爆炸后第一万亿分之一毫秒内的过程。这个过程将会告诉我们在宇宙形成的早期，有关物质与相互作用力的本质以及超小尺度的一些事情。你可以把大型强子对撞机看作一个超级显微镜，它可以让我们在极小的尺度上看到粒子与相互作用力——这个数量级是一毫米的一亿亿分之一。
?第二宗“最”?
史上最寒冷科学实验
大型强子对撞机中的超导磁铁需要在1.9K（即比绝对零度高出1.9°C）的温度下运行，这是我们在宇宙中已知的最冷的大范围区域——它甚至比太空还要寒冷。
?第三宗“最”?
史上最强磁场
大型强子对撞机中的超导二极磁铁产生的磁场比地磁场强度大出10万多倍，这是人类工业制造过的最强磁铁。
?第四宗“最”?
史上最大范围最完全的真空环境
大型强子对撞机容纳质子的管道中的真空，其气压为大气压的十万亿分之一，是在大范围区域内制造过的最完全的真空。这个系统必须摒除尽可能多的物质，以保持氦的温度足够低，因为任何误入歧途的分子都有可能带走热量与能量。最重要的是，质子束所在的区域必须尽可能不存在气体。
如果存在气体，那么质子就有可能与它发生对撞，并破坏质子束的良好环行过程。因此，质子束内部的压强极端微小，小到是大气压的十万亿分之一—这是地表100万米的高处、极端稀薄的大气所具有的压强。在大型强子对撞机中，9000立方米的空气都被抽空，以迎接质子束的到来。
?第五宗“最”?
史上最高能标
所谓能标是指的是能量的等级，大型强子对撞机对撞的能标是地球上使用过的最高能标，能达到7000GeV~14000GeV。它让我们得以向回追溯最远的时间，以研究早期宇宙中出现的相互作用。大型强子对撞机拥有着巨大的能量。它的磁场本身就蕴含着相当于数吨TNT炸药的能量，而其中参与对撞的粒子束蕴含着前者1/10的能量。
这些能量蕴含在十亿分之一克的物质中，而后者只是日常环境中亚微观结构的一粒小灰尘物质而已。当机器中的粒子束整装待发时，高度集中的能量都被倾入一个石墨罐中，这个罐长8米、直径1米，由1000吨混凝土包裹起来。
?第六宗“最”?
史上最烧钱科学仪器
大型强子对撞机技术花费不菲，每一项“最”都意味着一笔大额开销。大型强子对撞机90亿美元的身价也使它成为人类史上最烧钱的机器。欧洲核子研究中心承担了这笔费用的2/3，从德国的20%到保加利亚的0.2%，根据自身的经济实力，欧洲核子研究中心的20个会员国都各自作出了不等的贡献。余下的费用被非会员国承担，包括美国、日本与加拿大。
欧洲核子研究中心为实验本身付费20%，这是由国际合作组织资助的。截至2008年，当机器最终制造完毕时，美国已经有1000多名科学家为CMS（CompactMuonSolenoid，紧凑μ子线圈）与ATLAS工作，并且为大型强子对撞机这项事业贡献了5.31亿美元。
?第七宗“最”?
史上国际合作最多的科研项目
大型强子对撞机将是世界上最大、能量最高的粒子加速器，建造它的提案于25年之前首次设想，并于1994年核准。它是一个雄心勃勃的项目，然而，直到现在它的成果才“小荷才露尖尖角”。
此外，欧洲核子研究中心刚刚在国际上拓展了它的吸引力，除了它的20个会员国之外，还有53个国家都参与了大型强子对撞机的设计、建造与仪器试运行过程。现在，来自85个国家的科学家们都参与其中。