科学家为3月30日的成功对撞而欢呼 （CFP/图）

　　南方周末记者 黄永明

　　3月30日下午1点06分，瑞士日内瓦近郊的地下，两道质子束撞击在一起。撞击的能量达到7万亿电子伏(7　TeV)，是之前的粒子加速器曾到达的能量的三倍还要多。这是世界上最大的加速器——大型强子对撞机(LHC)——所实施的迄今最高能量的质子束流对撞试验。

　　让两道粒子束撞击在一起，就好像从大西洋的两岸发射缝衣针，并保证它们在半路相撞一样难。30日早些时候，欧洲核子研究中心(CERN)的科学家尝试了两次，均告失败。

　　“我们遇到一些小问题。”CERN的粒子束部主任保尔·科利尔(Paul Colier)说，“在这么复杂的一个机器上，这种事情是会发生的。一到一个半小时之后我们将再次注入粒子束。”

　　从29日晚上开始，经过了大约20个小时的努力，两道粒子束终于在30日的午后相撞。每一道粒子束都包含了200亿个中子，它们以接近光速的速度环绕27千米长的加速器运行。

　　科学家们在各个控制室里欢呼起来，美国亚利桑那大学的物理学家沃尔特·兰普(Walter Lampl)1点15分向外发出一封电子邮件，他写道：“第一批对撞在仅仅几分钟前发生了。这里已经陷入了疯狂……但是太棒了！”

　　“这是正在创造中的物理，是一个新纪元的开始。”CERN的科学家兼发言人鲍拉·卡塔帕诺(Paola Catapano)说。物理学家相信，撞击时的能量爆发模拟了我们宇宙起始时的“大爆炸”。

　　兰普是驻CERN工作的一名物理学家，他在那里有两千多名同事。LHC的实验研究汇集了全球60个国家大约一万名科学家的智慧。LHC有四个主要的设备，包括CMS(紧凑缪子线圈)、ATLAS(超环面仪器)、LHCb(底夸克探测器)和ALICE(大型离子对撞机)，其中中国在CMS建设上的贡献大约是1%。

　　LHC是人类迄今建造的最大最复杂的科学设备，它的建设历时15年，耗资52亿美元。2008年8月，LHC完成调试工作并定于9月进行质子对撞实验。然而，到了9月份，对撞机中两块磁铁的电连接部件出现故障，导致数吨氦气泄漏，53块超导磁体损坏，被迫停机检修。

　　CERN最初估计对撞机能够在两个月后重启，后来这一时间被推迟到2009年5月，接着被推迟到2009年7月。英国《自然》杂志说，这样的事情令CERN的科学家意志消沉，尤其是研究生们，纷纷开始担心他们能否拿到学位。

　　最终，这次故障导致LHC停止运行14个月，直到2009年11月它才又重新开始运转。

　　物理学家希望LHC能够帮助他们解答一系列物理学的基本问题。这些问题包括，“标准模型”中的希格斯机制真的存在吗？如果存在的话，“希格斯玻色子”的种类和质量又是怎样的？当中子的质量被更加精确地测量后，“标准模型”是否依然成立？粒子是否有相对应的超对称(SUSY)粒子存在？为何物质和反物质是不对称的？暗物质和暗能量究竟是什么？空间是否隐藏着额外的维度？

　　在可能发现的名单上，最受关注的是希格斯玻色子，它也被称为“上帝的粒子”。希格斯玻色子的存在与否关系到物理学中“标准模型”的正确性问题。还有一种粒子叫做“大质量弱相互作用粒子”(WIMP)，这是超对称性原理当中预言存在的一种粒子，它也被认为可能是暗物质的构成物。

　　在今年3月17日出版的《物理评论快报》上，加拿大英属哥伦比亚大学的物理学家马修·卓普提克(Matthew Choptuik)发表了一篇最新的文章。“我们首次展示，足够高的对撞能量会导致黑洞的形成。”他们在文章的摘要中写道。

　　LHC在2008年宣布即将启动的时候，就有人担心这样“疯狂”的实验将会造就能够吞噬地球的黑洞。但卓普提克等人的计算表明，黑洞确实有可能在撞击中产生，但他并不认为科学家能够轻易观测到它们。对撞产生的黑洞不但会非常小，而且会在瞬间蒸发，这造成观测的双重困难。

　　“在这样的对撞中，你要看的是遗迹。”他说，“你最好在空间中看衰变图形。在普通的对撞里，你看到的会是遗迹的喷射流。如果有黑洞形成并蒸发了，那么你看到的图形就不是喷射状的，而是更像球状。”

　　这些说明仅仅是理论上的。“有些人已经认真对待这件事了，然而我不认为我们会在LHC里真正看到任何的黑洞，即便它们是有可能产生的。”卓普提克说。

　　3月30日的对撞只是一个开始，在接下来的18到24个月里，物理学家预计还会有数以十亿计的对撞。

　　“每两秒钟我们就向国际上发送一张DVD容量的数据。”CERN计算主管大卫·佛斯特(David Foster)说。他以此来说明LHC产生的数据量之巨大。一名为LHC工作了16年的物理学家则表示，科学家们非常急切地想要开始分析对撞产生的大量数据。

　　美国康涅狄格大学的物理学教授穆尼尔·伊斯拉姆(Munir Islam)在过去的30年里一直在研究质子的结构，他和同事们提出质子分为三层。在过去25年里，许多物理学家使用CERN和费米实验室的加速器试图验证他们的模型，但一直无法获得结论。伊斯拉姆在去年12月的《CERN通讯》上发表文章称，LHC的实验将能够提供足够的数据，让人们看一看他们的模型究竟是否正确。“有了这些大型的对撞机，整体的状况就像是数码相机的像素越来越高一样。”伊斯拉姆的合作者说，由此能获得越来越精细的细节。“花了30年我们才走到这一步。”伊斯拉姆说。

　　但伊斯拉姆并不期望结果会在2011年秋天之前到来。只有到那时，LHC的对撞能量才会增长到14万亿电子伏，是现在的两倍。“21世纪初在LHC发现质子的结构是可以与20世纪初发现原子的结构相提并论的。”伊斯拉姆和同事在《CERN通讯》上写道。

　　明年秋天以后，当LHC的能量达到14万亿电子伏的时候，质子运动的速度将达到光速99.99%。在这种情况下，质子每秒钟环绕加速器11245圈，并发生6亿次对撞。