今年八月的一个傍晚，在法国塞希大型强子对撞机（Large Hadron Collider，简称LHC）工作的那些“质子牧童”们，终于在人工控制下获得了能量为5兆的高能粒子,并将其“挤捏”成一团，令其相互撞击。
“质子牧童”忙耕耘
“7分钟时间太晚了，”佛罗里达大学物理学家达林·阿科斯塔(Darin Acosta)抱怨说。他刚刚完成把运行控制室移到这个被大片向日葵田和大型购物中心所包围的地方。在运行控制室四周的电脑屏幕上，突然绽放出五颜六色的条纹，其曲里拐弯的条纹，则描绘出在他脚下300英尺深处紧凑型μ介子螺线管中的质子碰撞时其原始的亚原子混沌状态。紧凑型μ介子螺线管是四个成环状埋藏在LHC四周巨型的粒子探测器之一。
十几位物理学家围在屏幕边，大声报着飞速移动的粒子的名称，试图从中找到其他尚未被物理学界发现的粒子，希冀在一团乱麻中发现来自宇宙深处的蛛丝马迹。其中的一位说：“这可真是太酷了。”
“有一个μ介子，”有人在一个尖状目标出现、然后瞬间消失的同时叫道，“其形状十足像一架喷气机。”“很好，”欧洲粒子物理研究所(CERN)及加利福尼亚技术研究所的物理学家玛丽亚·斯皮罗普鲁(Maria Spiropulu)说。
据欧洲原子能研究机构统计，截至今年七月，CERN的物理学家在这儿已经进行了约六万亿次碰撞，他们让质子围绕着花费100亿美元、在日内瓦郊外瑞士-法国边境下18英里长的电磁赛道运行，并令其相互撞击来探究新粒子和新的自然力。
到目前为止，尚没有发现新的粒子和新的力。也就是说，至少在统计上没能满足由几千名“质子牧童”对碰撞后的碎片进行筛选所获得的结果。当然，我们这个世界也没有如当初某些人所危言耸听的那样，在实验所产生的黑洞中消失。
质子碰撞计划安排到十一月上旬结束。十一月的下半月设备将安排进行铅离子碰撞，然后关机过圣诞节，明年二月重启机器，继续进行质子碰撞，并一直运行到2011年年底。CERN的物理学家说，对已经积累的数据，他们将尽快进行分析。事实上，LHC已经开始超越它的对手――费米实验室的兆电子伏特加速器。最近，负责监督LHC建造的林恩·埃文斯(Lyn Evans)说：“这真是一台美妙的机器。它的性能远远超出了我的期望，”
今年十月，在克罗地亚斯普利特举行的一次学术会议上，斯皮罗普鲁博士给物理学同僚看一张图片，图片拍的是一次有可能会产生一种“暗物质”粒子的碰撞；而据天文学家说，构成宇宙四分之一的就是这些暗物质，这些日子它已成了科学上的热门――它是极少数由LHC引出的可能改变世界的“有趣的事件”之一――要是事实证明它们是实际存在的话。
然而，在某种意义上说，高能物理学只是一场统计学的游戏，单独出现的事件只不过是一个诱人的迹象。斯皮罗普鲁认为，要经过几万亿次的对撞，物理学家才能确信这样的事件是否预示着一次对宇宙组成的认识上的革命。
故障源自“三明治”
也许，在LHC上还能有一些新的物理学的发现。“由于我们突破了新的主题，因而风险极高，”斯皮罗普鲁说，“我们一定要实现这个已有25年历史的梦想，哪怕我们为此而陷入数据的重重包围，就像在糖果店中无所适从的孩子那样。”
但是，这些天对于所有在日内瓦极度兴奋的人们来说，LHC的运作仍然没有走出2008年9月19日的阴影。那天，当LHC两台强大的超导电磁铁进行电路连接时发生了爆炸，LHC部分环路成了“车祸现场”，而这台新落成的机器也被迫关闭了一年多。
结果，机器只得以半负荷方式运行，即以每质子3.5万亿电子伏特而非当初设计的7万亿电子伏特运行，因此对这些脆弱的“接头”实在无法恭维。到2011年底，CERN所有的加速器将关闭15个月，以便加固大约1万处有疑问的接头。而对那些数目不详、莫名其妙地失去了为LHC满负荷运行所需的强电流和产生高磁场的能力的磁铁，则进行“重新调校”。
LHC将于2013年以6.5万亿电子伏特的质子能量重新启动，但也不太可能到2014年达到满功率，即便有可能。
CERN明年将关闭其加速器，以便加固如图中所示的电磁铁间的连接。据推测，它们可能是导致2008年一次爆炸的原因
CERN最近已迫于压力削减了其预算，并停止了除LHC外的所有加速器，这将省下2500万美元，CERN总干事罗尔夫·豪雅(Rolf Heuer)说。在最近一次采访中，科学家和管理层认为，当初他们太渴望让LHC在2008年实现满功率运行了。“不出所料，果然付出了代价。可以说，我们一开始是过于雄心勃勃了，”卢西奥·罗西(Lucio Rossi)说。他是一位超导专家，于2001年由米兰大学加入到CERN。他认为，出问题的原因之一是过于自负。
为了控制质子以超过99%光速的速度在地下沿赛道飞驰，LHC的电磁铁必须保持约1.2万安培的电流，只有这样，才能做到由超流体的液氦冷却到约比绝对零度高2摄氏度的低温。届时，铌-钛导线处于超导状态，传输电流时就没有电阻了。工程师们对这1万个超导磁铁分别进行冷却，并在放入LHC前进行了检测，尽管他们无法检测它们之间的连接，罗西博士说。
这些接头是将超导导线和铜导线用焊料相互粘合起来的“三明治”。一旦超导体在所谓淬火的急速降温过程中温度升高，丧失了超导特性，铜导线就此能承受巨大电流，便于将磁铁中巨大而危险的能量泄除。不过，这仅能维持100秒时间。
尽管一些权威评论称，接头的设计非常完善。但罗西认为，这些评论没有抓住要点。因为接头的结构设计不够完善，比如虚焊就不够结实。显然，这就是引发2008年灾难的原因。
这幅名为《绚丽的对撞》壁画，是由美国艺术家约瑟夫·克里斯佛蒂绘制的，是原形机的三分之一
那次灾难发生时，巨大的电流无处可去，火花击穿了导管，涌出的低温氦把周围30吨重的磁铁推得像玩具一样，携带质子束的烟灰沿管道散布达2英里远。“超导要求实行全程质量控制；一个瑕疵就会使整个系统瘫痪，”罗西说，“这就像保险丝烧断了一样。”
在罗西眼中，补救措施其实相当简单：在接头外再设一组额外的铜导线进行分流，这就如同一座跨越任何部件或可能出现虚焊的接头的额外“桥梁”。与此同时，以一个经过改善的系统来定位故障，并以更大的阀门来释放氦，以降低爆炸的危险。
这样做的结果将是“对生命超安全的，”负责LHC运行的史蒂夫·迈尔斯(Steve Myers)说。接着他补充道：“我们还是不要谈论它们吧，因为我对于谈论连接器的问题已经烦透了。”
目标直指“希格斯”
事实上，CERN并未在发生过的灾难面前退却。近期，他们又制定了未来20年LHC及其探测器的运行和升级计划，包括在2030年更换其所有磁铁的设想，试图将总的质子能量提升到33万亿电子伏特。不过，这项计划是否会与命运不佳的于1993年被国会叫停的美国超导超级对撞机(American superconducting super collider)一样。不过，后一个提议引起了CERN内外物理学家的质疑，他们想弄明白，这样做对国际线性对撞机(International Linear Collider)将意味着什么，因为该项目早已被认定为下一个计划建立的大型物理设施了。
LHC局部运行图
“谈论33万亿电子伏特为时太早，”埃文斯博士说。长期的间断已经对搜寻LHC的主要目标，即希格斯玻色子产生了巨大的影响。根据希格斯粒子理论，它负责给其他基本粒子赋予质量；而它本身却至今未被物理学家发现。据推测，希格斯的质量若以物理学家所喜爱的质能单位来表示的话，大约介于1140亿电子伏特～1850亿电子伏特之间。
到LHC在2011年关闭时，它所积累的数据将大约为现在的20多倍，足以在寻找希格斯粒子的漫长过程中留下一些有价值的成果。在寻找希格斯粒子的竞争中，目前处于领先的是设在伊利诺伊州巴达维亚费米国家加速器实验室的兆电子伏特加速器（Tevatron)，直到去年，它是世界上最大的加速器。在过去的二十年里，这台加速器用万亿电子伏特能量碰撞了质子和反质子，积累了大量数据。去年夏天，费米实验室的物理学家宣布，他们已经将1589亿电子伏特～1750亿电子伏特之间的区域排除。
Tevatron曾计划在2011年关机，但费米实验室主任皮耶·奥登(Pier Oddone)最近说，他将寻求融资，以便让Tevatron运行到2014年。到那时，它可以收集足够的数据来全程检验能量范围，看看希格斯粒子到底是躲在了哪里。他说，他一年至少需要筹集到3500万美元，以免影响费米实验室的其他项目。
CERN和费米实验室都否认他们在相互竞争，以寻找希格斯或谋求当物理学界的老大。“当然，我们体验到了同Tevatron间的健康竞争，就让我们继续下去吧，”豪雅博士说。今年九月，豪雅和奥登共同发表了一份措辞强烈的声明，认为新闻媒体过度渲染了两家实验室之间的竞争，却忽略了它们之间的合作。他们指出，事实上，许多欧洲人和美国人彼此在对方的实验室工作。而在兴建LHC期间，费米实验室扮演了一个主要角色。
CERN和费米实验室的负责人承诺，“两个实验室之间以及全球粒子物理学界应相互支持，以解决我们这个时代最重要的基本问题。”CERN的约翰·埃利斯(John Ellis)评论说，看来未来还是光明的。他说，搜寻希格斯的事“情况正在明朗，”而对于暗物质，LHC在探索新粒子方面将很快超过Tevatron：“我实在难以遏制我的热忱。”
这些情绪得到了法比奥拉·贾诺替(Fabiola Gianotti)的回应，她是CERN的物理学家，也是协作参与LHC项目的3000名物理学家的领袖，她的环形大型强子对撞机（Atlas)探测器是紧凑型μ介子螺线管实验的主要竞争对手。在瑞士梅林，Atlas大楼从CERN的大门直跨到街对面。在八月下旬的一天，艺术家约瑟夫·克里斯佛蒂(Josef Kristofoletti)刚刚完成了一幅Atlas探测器的巨型壁画，从周边的乡村远远就可望见。
贾诺替博士炫耀着Atlas大楼的控制室说，从去年春天那时起对撞就开始了。她注意到，随着更多的粒子涌现出来，它们的种类也更多样。这种多样性是现在才开始被探测到的。
“我们已经等得够久了，”她说，“应该是到了收获的季节了。”
资料来源 The New York Times
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