2015年 Feb月 10日
全球最大的装置：第二部分
大家好！
好吧。大家已经喝过开胃汤了；现在上主菜……，不对，应该是探密主菜 – 作为主菜的是无人不知的馅饼，研究下其中的馅料 – 是大家都知道的牛排和牛腰，这简直是……（但我消化得了）。简而言之 – 在瑞士-法国交界处的这些平凡无奇的建筑中，我们得了解究竟内部在从事哪些工作，核物理学家在这里研究自然界最深层的本质。
但要先说明……可别指望我这个门外汉能把加速器内部运行的每个小细节都讲得清清楚楚。我要描述的仅仅是我记忆中的四小时科学之旅；硬伤是免不了的，内容不可能完全都是铁一般的事实。但同行的还有A.B.和S.B.，他们能给我些帮助，让我的讲述不会太立不住脚……
首先，我要再次严正声明：
最最尊敬的核物理学家们！再次拜托！请务必理解，在本文中我只是试着简要地解释某些复杂的科学，包括各种技术、过程和试验…… – 我和大街上的普通人一样，只是碰巧有机会透过门缝，一窥门背后隐藏的世界上最大的一些秘密。所以，文中很可能会有不准确之处。请务必多多包涵！照例，如果专家朋友们有什么意见，请转至… >下面的评论部分留言。
所有人（或者说，几乎所有人）都听说过大型强子对撞机和CERN（欧洲核子研究组织）。但如果你只是听说过，而没有亲眼见识过，那么它们就只是抽象的概念，实际情况绝对让人震憾，令人费解 – 你定会发出”啊？！！”。但有人给你缓慢而有条理地解释这些概念时 – CERN建筑中就有人讲解 – 你慢慢就会有一些清晰的概念。
首先介绍一下背景知识……CERN于上世纪50年代成立，当时规模还非常小。但从那之后，该机构迅速发展壮大，一步一步地增加必要的新设备，现已拼出了名副其实的加速器”百衲被”，即拥有不同规格、不同用途的各类加速器，用于散射加速不同类型物质中所有种类的微量元素，并进行相应研究。
资料来源
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一开始，只有一些相对小型的加速器（第一台加速器始建于1957年）。后来随着新技术的发明，逐渐增加了更高效的加速器，与此同时，一些旧型号所运用的技术越来越落伍，而渐渐被淘汰。
如今，多种加速器型号拼凑在一起的情况已大为改观，现已建立了一套异常复杂的分支系统，供散射加速原子粒子之用。粒子首先进入一台加速器，被加速后进入另一台加速器，再加速后被送入其他加速器，如此分级加速，直到粒子散射速度达到百万电子伏特量级，然后使用百万电子伏特强度的磁场将粒子送往所需的目标靶。瞧！你从这里俘获质子，或者在那里俘获中子，质子或中子经加速器高速旋转加速，达到极高的加速度后轰击目标靶！然后回头看看轰击后发生了什么情况。
这是现代版魔术！
在可怕的中世纪欧洲，炼金师是把各种奇怪的材料混合在一起煮沸，然后观察结果。现代炼金师们的所作所为也差不多，唯一的区别是使用的材料不同。后者是将质子与中子以近光速相撞，然后观察相撞后的结果。这两者的相似性不由让我想到：人类总是好奇心旺盛 – 也总是很无知！到今天也依旧如此 – 仍是充满好奇的无知儿！当然，中世纪以来，我们的知识越来越丰富，但同时我们也认识到知识的边界在不断扩宽 – 几乎无边无界！好奇心也不例外！这可真让人兴奋 – 因为这意味着还有很多的东西有待我们去发现:)。
但现在，我们还是回到看得见摸得着的东西吧……
以前，我以为大型强子对撞机体现了工程完美。但事实上，大型强子对撞机是几十年来各种不同技术的集合 – 新老技术层层相叠。一开始是同步回旋加速器，然后增加了更先进的技术用于加速粒子流，支持控制磁场方向。再接着搭起了了阳台和阁楼，如此这般……
现在，加速器完全类似于一个铁路网：先是建一条线路和车站，然后铺设轨枕增加更多先进的轨道。如今CERN的地图看起来也像铁路网。支线、天体（加速器）和死路（阱）。
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那么大型强子对撞机内部到底是如何运作的？
下面就来谈谈这一点。大型强子对撞机俘获氢原子后，将电子从氢原子中剥离出去，剩下的单个质子被散射加速，以超高速冲击另一个质子（速度几近光速，如果爱因斯坦的广义相对论没错），即两个质子以同样的速度沿平行束流管进行对撞（更多内容见后文）。总之，就是将两个物质散射加速到疯狂的速度后进行对撞。
可千万别在家里干这个！剥离质子的过程远没这么简单，它有严格的效率要求且需要大量电能（你要在家这样做，那烧掉的可不仅仅是家里的保险丝，而是整个街道或整个邻近区域的保险丝）。
让我们回头看看物理学……
在CERN的其他铁路站点，散射加速并对撞的不仅包括可怜的质子，还有其他材料。另外还会使用铅离子和中子。
现在，让我们看看CERN中各种现象的数学解释。这也相当令人吃惊！
i.质子在对撞机中经过多种加速器（直线加速器、环形加速器，再一个环形加速器，接着是周长约7公里的回旋加速器）加速。最后，质子束被加速到10000圈/秒。
ii.质子束中质子的质量很轻，但速度超高，其蕴含的能量相当于高速行驶的火车。他们告诉我们说：”以此速度运动时，速度在多大程度上接近光速就不再重要。”但不管怎样，速度就是快。为此，科学家在寻找科学依据，以构建一个全新的原子粒子理论，这已超出了对标准加速器的理解范畴。这对人类的意义就相当于计算机对史前人类的意义 – 在当时看一切都不是很清楚（或完全不清楚），但最终……
iii.在这里，你可以实实在在地感受到每立方米空气中所含的”科学”浓度。我们走进第一幢建筑时，我说的第一句话就是：”我闻到了科学的味道。”当地工作人员对此的回答是：”没错，不管在哪里，科学的味道都一样”。
总之，CERN是货真价实的工作场所。一到这里，你就立马能感受到特定的氛围 – 蕴含各种伟大的新观念和沸腾思维的工作味道。若有平行生命存在，我肯定会选择在这里工作。超科学、尖端的技术和不可思议的创新。这与我们的反病毒实验室有相似之处。好吧，若是有来生……是的，我愿意献身核物理事业，而不再涉足计算机编程行业:)。
