强子对撞模拟图。
欧洲强子对撞机内景。 本栏图片均由新华社发
在为期两年的维护和升级后,欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)于5日重启。不仅科学家纷纷在朋友圈刷屏,不少普通人也操心起来:科学家到底要干什么?这种“疯狂实验”不会真的撞出“黑洞”吧?如此高大上的科学跟我们老百姓有关系吗?
重磅回归 期待惊喜
2008年9月,全球最大、能量最高的粒子加速器LHC建成运行。当时,研究人员将一个质子束注入加速器中,让其在27公里长的环形隧道狂飙。
发现希格斯玻色子的踪迹,无疑是LHC迄今最显赫的成绩。然而,有科研人员认为它很难再有突破。“老实说,这种可能性并不算很小,”该对撞机的“紧凑缪子线圈”探测器研究员、美国加州理工学院物理学家毛里齐奥·皮耶里尼坦言。
物理学家希望从这一实验中获取更多信息。比如,“上帝粒子”是如何衰变的?它符合理论物理的预言吗?它是这类粒子的唯一种类,还是希格斯“粒子家族”的一员?
第二阶段对撞实验按计划将于今年6月实施,质子束流的总能量将达创纪录的13万亿电子伏特,更多的希格斯粒子有望在更高能量的碰撞中现身。而这种高能量碰撞或许会产生连“标准模型”都未预见、更为奇异的新粒子。
科学家还想干嘛
对科学家来说,任何不同寻常的状况都可能孕育新机会。美国国立费米加速器实验室研究员、芝加哥大学科学家玛塞拉·卡雷纳认为,LHC重启运行,首先要做的就是尽可能地测算希格斯玻色子的属性,“而(与标准模型预测的)任何偏差,都可能引领新的物理学”。
作为标准模型的扩展理论,上世纪70年代早期提出的超对称理论认为,每个粒子都有一个更重的“超对称粒子”,或称超伴子。不过,研究人员未在前一次LHC运行中发现这种粒子,自然对此次重启寄托厚望。
除了超对称理论,物理学家对暗物质也充满兴趣。科学家认为,宇宙中85%的物质是暗物质。有科学家认为有可能在LHC的质子碰撞中产生出暗物质粒子,甚至有人认为有可能得到更奇怪的结果,比如发现更高空间维度的蛛丝马迹。
当然,这让不少普通人对科学家们的“疯狂实验”忧心忡忡,甚至有美国人曾起诉欧洲对撞机可能撞出密度、引力极大的天体——黑洞,以致毁灭地球。
科学“游戏”可否应用
这些高深研究和我们普通人有什么关系呢?
100多年前,爱因斯坦提出著名的质能方程时,不少人也曾产生疑问。知道质量与能量可以互相转化又能怎样?而在这一理论指导下研制出来的原子弹让人们见识了高能物理的“可怕”,核能发电又让人们认识到质能方程真正改善了我们的生活。
同样,LHC的研究也有望使科技迈进一大步。美国媒体评论说,此次LHC的重启有可能为能源危机、气候变化和治疗研究提供解决方案。
比如,现有放射疗法可能在杀死癌细胞时伤害健康组织,而对撞机产生的高能粒子束如成功被医学利用,则有望大幅降低这种伤害,从而真正治愈癌症。一些学者还认为,这项研究在未来或许能让专家获得调控宇宙射线的能力,从而对缓解气候变化施加影响。
事实上,LHC的相关研究已经对人们的日常生活产生巨大影响。二十多年前,为更好地分享数据,欧洲核子研究中心的科学家设计出了最早的网页浏览器及服务器。上世纪90年代,当他们需要一种更好的方式来访问计算机存储资源时,又创造了当时最大的“计算机网格”——把不同地点的计算机组织成虚拟超级计算机。
此次重启对撞机后,10万台处理器将计算分析收集到的数据,判断从碰撞中喷射出来的每个粒子的特性、能量和去向。这些碰撞每年将产生约30PB(1PB相当于一百余万千兆字节)的数据。
数据的暴涨不会就此止步,计划中的各项升级工作将使LHC产生的数据量继续增长,达到每年400PB。虽然现在还无法处理那么多数据,但科学家仍对未来充满信心。他们已开始考虑开发下一代大型粒子加速器等前沿课题。
(据新华社洛杉矶4月6日电)
