眾所周知，自從LHC首次實(shí)現(xiàn)了高能的質(zhì)子-質(zhì)子對(duì)撞，開(kāi)啟了粒子物理學(xué)的全新時(shí)代。從反物質(zhì)到暗物質(zhì)，從希格斯玻色子到早期宇宙，都是LHC的探索目標(biāo)。在法國(guó)和瑞士邊界的地下深處，運(yùn)行著世界上最大(周長(zhǎng)27公里)、能量最高的粒子加速器——大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)。

在LHC內(nèi)，科學(xué)家的目標(biāo)是要讓大量的質(zhì)子進(jìn)行對(duì)撞，它們之間的碰撞次數(shù)越多，也就越有機(jī)會(huì)觀測(cè)到一些罕見(jiàn)的事件。但在對(duì)撞之前，質(zhì)子會(huì)被加速到接近光速的速度。帶正電荷的質(zhì)子會(huì)在電場(chǎng)中加速，并在磁場(chǎng)的引導(dǎo)下繞著環(huán)形的隧道加速前進(jìn)。

在過(guò)去十年里，科學(xué)家收集了海量的粒子碰撞數(shù)據(jù)，取得了許許多多的學(xué)術(shù)成果，加深了我們對(duì)基礎(chǔ)物理學(xué)的理解。而其中這三個(gè)結(jié)論或許是最為重大：

成功證明了此前粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型缺失的最后一塊——希格斯玻色子的存在;

進(jìn)一步鞏固了標(biāo)準(zhǔn)模型的有效性，并未發(fā)現(xiàn)任何超越標(biāo)準(zhǔn)模型的證據(jù);

在標(biāo)準(zhǔn)模型的框架之內(nèi)，LHC以前所未有的精度探測(cè)到了一些新的現(xiàn)象，這些結(jié)果擴(kuò)展和加深我們對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型的理解。

預(yù)計(jì)在LHC結(jié)束它的使命之前，未來(lái)還將有近20個(gè)項(xiàng)目在這里展開(kāi)。目前，這一巨大的、全球性的實(shí)驗(yàn)室給物理學(xué)帶來(lái)了巨大的影響。接下來(lái)，我們跟隨著一些數(shù)字來(lái)了解LHC：

~ 800萬(wàn)

在LHC投入運(yùn)行的不久后，ATLAS和CMS項(xiàng)目就在2012年7月作出了這個(gè)世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一——證明了希格斯玻色子的存在。它標(biāo)志著長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年對(duì)希格斯玻色子探索的結(jié)束，也開(kāi)辟了新的探索前景。在剛剛發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子時(shí)，科學(xué)家對(duì)這種粒子的性質(zhì)和相互作用知之甚少;八年過(guò)去了，隨著對(duì)希格斯玻色子的了解的深入，我們對(duì)于整個(gè)基礎(chǔ)物理學(xué)領(lǐng)域的理解也變得更加清晰。

一個(gè)有趣的問(wèn)題是，LHC究竟產(chǎn)生了多少個(gè)讓科學(xué)家苦苦尋找了如此之久的希格斯玻色子呢?

這個(gè)數(shù)字是800萬(wàn)左右。雖然不可能確切知道LHC產(chǎn)生的希格斯玻色子的實(shí)際數(shù)量，但通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)模型的方程，科學(xué)家可以預(yù)測(cè)LHC應(yīng)該產(chǎn)生了多少希格斯玻色子。在計(jì)算中，科學(xué)家把所有可能產(chǎn)生希格斯玻色子的過(guò)程，每種過(guò)程產(chǎn)生希格斯玻色子的可能性，碰撞的能量以及碰撞次數(shù)的總和都考慮了在內(nèi)。

通過(guò)這些計(jì)算，科學(xué)家精確地定義了希格斯粒子的質(zhì)量、電荷、自旋和半衰期。他們還在繼續(xù)研究希格斯粒子與其他粒子的不同作用方式，并將其作為尋找超越標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理學(xué)的重要工具。

278

這個(gè)數(shù)字代表數(shù)據(jù)量。在過(guò)去的十年里，LHC的實(shí)驗(yàn)收集了278PB的數(shù)據(jù)。這意味著科學(xué)家需要處理和分析的數(shù)據(jù)量非常龐大。

2725

隨著LHC的科學(xué)家不斷地梳理數(shù)據(jù)，研究那些罕見(jiàn)的現(xiàn)象，以及尋找新的物理學(xué)，每周他們發(fā)表學(xué)術(shù)論文的數(shù)量都在穩(wěn)步增長(zhǎng)。這些論文中也包括成千上萬(wàn)的學(xué)生在獲取博士學(xué)位征途上所完成的工作。到目前為止，產(chǎn)生了2725篇學(xué)術(shù)論文。

75億

物理學(xué)家的研究離不開(kāi)強(qiáng)大的計(jì)算能力，他們對(duì)計(jì)算能力的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我們?nèi)粘Ｋ玫臉?biāo)準(zhǔn)筆記本電腦所能支持的。每天都有數(shù)千名物理學(xué)家向全球LHC計(jì)算網(wǎng)格(WLCG)提交約200萬(wàn)項(xiàng)“工作”，每項(xiàng)“工作”都是科學(xué)發(fā)展的重要組成部分。

39.5萬(wàn)兆

LHC的四個(gè)主要實(shí)驗(yàn)所發(fā)生的碰撞次數(shù)總共大約為39.5萬(wàn)兆次，更“專(zhuān)業(yè)”地說(shuō)，這相當(dāng)于395 fb?1，fb?1是核物理學(xué)中常用的面積單位，1 fb?1相當(dāng)于100萬(wàn)億次撞擊。

這是個(gè)怎樣的數(shù)量級(jí)呢，作為比較，我們可以參考LHC的前身——位于美國(guó)能源部費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的Tevatron加速器在歷時(shí)25年的質(zhì)子-反質(zhì)子對(duì)撞過(guò)程中，它為兩個(gè)實(shí)驗(yàn)提供了大約20 fb?1，這在當(dāng)時(shí)是史無(wú)前例的。而現(xiàn)在，僅ATLAS或CMS這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)(~190 fb?1)記錄的碰撞次數(shù)就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了Tevatron的記錄。

1

當(dāng)LHC在運(yùn)行時(shí)，會(huì)有300多萬(wàn)億個(gè)質(zhì)子會(huì)沿著加速器的兩個(gè)束管環(huán)繞。有趣的是，如此龐大的天文數(shù)字所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量卻是相當(dāng)之小，即使把自2010年以來(lái)LHC加速過(guò)的所有質(zhì)子加起來(lái)，其質(zhì)量也只有1微克左右，其大小只相當(dāng)于一顆花粉而已。

>300

CERN的知識(shí)轉(zhuǎn)移部門(mén)會(huì)與學(xué)術(shù)和工業(yè)組織合作，為在CERN開(kāi)發(fā)的技術(shù)尋找可用于粒子物理研究之外的用途。自2010年以來(lái)，CERN已經(jīng)與安全、醫(yī)學(xué)技術(shù)和航空航天工程等領(lǐng)域的大學(xué)和公司簽署了300多份知識(shí)轉(zhuǎn)移合同。一個(gè)值得一提的合作是一個(gè)父子醫(yī)療團(tuán)隊(duì)，他們?cè)?018年使用CERN Medipix讀取芯片，開(kāi)發(fā)了世界上第一個(gè)3D彩色X射線(xiàn)。

~ 1000萬(wàn)

歐洲核子研究中心的餐廳每天要消耗大約30公斤咖啡。一公斤咖啡通?？梢灾?20到140杯咖啡，也就這里每天大約消耗4000杯!在過(guò)去十年間，這里共消耗了約1000萬(wàn)杯咖啡。

10329 & 2947

歐洲核子研究中心的國(guó)家和國(guó)際教師項(xiàng)目歡迎教師團(tuán)體到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行為期三天到兩周的活動(dòng)。在他們逗留期間，教師們參觀實(shí)驗(yàn)，與物理學(xué)家交談，并討論如何將現(xiàn)代物理學(xué)引入他們的教室。10329名教育工作者參加了這項(xiàng)活動(dòng)。除了教育工作者外，這10年來(lái)，也有2947名來(lái)自世界各地的本科生參加了CERN的暑期學(xué)生項(xiàng)目。這些學(xué)生可以全身心地投入到真正的一線(xiàn)科學(xué)研究，了解前沿的粒子物理學(xué)，并在此過(guò)程中能受到最專(zhuān)業(yè)的培訓(xùn)、輔導(dǎo)和指導(dǎo)。

100萬(wàn)+

LHC除了是世界上最著名的物理實(shí)驗(yàn)室之一，還是一處重要的“觀光勝地”。在過(guò)去十年，歐洲核子研究中心通過(guò)其公眾參觀計(jì)劃，用32種語(yǔ)言接待了超過(guò)45000次參觀，讓100多萬(wàn)名游客得以了解這個(gè)世界上最大的物理實(shí)驗(yàn)室是如何工作的。在兩個(gè)特別的開(kāi)放日周末——一個(gè)在2013年，另一個(gè)在2019年——?dú)W洲核子研究中心平均每天接待36000名游客!這與巴黎迪士尼樂(lè)園的日均游客人數(shù)大致相當(dāng)。

開(kāi)放日期間，參觀者可參觀大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)隧道等多處地點(diǎn)，而這些地方通常只有有授權(quán)的工作人員才能進(jìn)入。如果有實(shí)力的讀者，可以去參觀一下。