2015年 Feb月 19日
全球最大的装置：第三部分。
首先对本系列的前两部分内容做一个小结…
在瑞士和法国的交界处，有一个靠近日内瓦的地方被称为CERN（欧洲核子研究中心）。在那里伫立着各式各样的建筑，里面来自全世界的众多科学家为了研究宇宙中最基本的结构而日夜奋战。他们以接近光速的速度分离质子和其它粒子并让它们相互撞击，从而产生各种跨克-胶子等离子体和其它目前人类无法理解的物理现象。这里几乎囊括了全球各个领域的精英（数学、物理、核子物理和量子力学领域等等）、工程能力以及计算能力，旨在追踪这些基本粒子相互撞击试验后的结果。
我们上周在一名导游的带领下在那儿参观了好长时间，还拍了不少照片…
我们所看到的第一台加速器被称为”LEIR”（低能量入射环）。其内沉积有铅离子。首先来自LINAC-3直线加速器的离子被射入LEIR，随后穿过PS环进入到一个大型环圈综合体内，其中即包括了大型强子对撞器（LHC）。
LHC – 目前是一台超级巨大的装置。整台装置的长度近27公里，并深埋在地下（出于实践的原因，以及避免环境’噪音’影响到对撞击结果的观察）。此外周围还摆放了各种特殊装置，用于分离原子粒子、进行撞击试验以及记录试验过程。
粒子束在真空条件下沿着两条平行粒子束管道（相反方向）飞行，最后粒子在某个特定位置束相互撞击。在超导磁体维持的强大磁场下，粒子束受到加速器环圈的引导。通过使用冷却液状凝胶达到超导电性。整个试验过程需要耗费约180兆瓦的电力，而供电源则来自法国。
LHC的粒子束管道如下图所示：
每一步的工作都需要通过发明各种难以想象的高级技术创新得以进展。举个例子，在冷却液状凝胶时（低至-271°C –仅比绝对零度高两度），铁制零件会因此而收缩，所以粒子束管道需要由特殊’护套’制作而成，且/或弯管处能抵御住尺寸的变化。
此外，为了冷却至超导状态，LHC的整个电气系统需要与外部’地面’电线连接，从而获取电力并以180兆瓦的能量进行加热。尽管能量需要被传输–但与此同时却要避免热量的传送。在对LHC启动、运行和操作时所面临的众多工程难题之中，这只是其中很小的一个例子而已。此外还有更多难题需要解决…
1) 在LHC内所有被分离的质子都是从普通氢原子中分离的。每天仅使用两纳克的氢。换句话说，要在LHC内粒子束管道内冷却一克氢需要…一百万年！
2) 能量十足的质子在LHC内以接近光速的速度（0.999999991倍）飞行。每一个质子每秒钟绕行27公里的巨大环圈11,000次。
3) 在分离这一极微小物质时的动能耗就相当于一辆高速火车或一架客机的动能耗。
4) LHC粒子束管道所承受的压力比月球重力低了约10倍。这一条件被称为’高度真空’环境。
5) 为LHC所挖的隧道稍有些倾斜（仅1.4%的倾斜度）。这样做只是为了弥补地球地下结构的差异。隧道的一端位于日内瓦湖湖底，在地下50米的深度；而另一端则位于法国境内– 地下175米深。
6) 每一次在LHC所进行的大型试验的数据记录量需要每年刻录10万张光盘才能存放得下。
7) 用于管理质子束的磁体超导性通过特殊电线实现，该电线则由超细铌光纤组成，宽度仅为7微米（0.007毫米）。比人的头发还要窄10倍。如果我们将每一根用于LHC的铌光纤细丝连在一起的话，其长度相当于绕太阳6圈和从月球到地球来回75次！
现在你明白了吧：这些装置和部件是如此的复杂和庞大。
其产生的巨额成本根本无法估计（且未来好多年无法获取任何商业利润）。因此仅凭一国的财力根本无力支持。为此，下图中的这些国家都各自承担了CERN及其LHC的日常花费以及其它零零散散的开销。下图内清晰列出了各国所承担的不同部分（我对意大利所负责部分尤其印象深刻，更不用提其国旗变为了横向的白色、蓝色和红色条纹:）。
唉，当天我们并没有被允许进入LHC隧道，原因是当时地下所有系统正在运行中。我们只能设法进入其中一个100米深井，这口井直接通往对撞机。下一次我们一定要在装置停机的时候来，这样才能一睹隧道内的”地下世界”。由于必须遵循严格的安全准则，因此当装置在工作的时候不允许任何人进入。
谈到安全性方面…
加速器（尤其是那几台最大的）– 其构造相当复杂且造价极其昂贵。这些装置无法威胁到整个世界的安全（最多只能烧出几米宽的洞），但却可能对自身造成损毁。只需去网上搜一搜有关’强子对撞机损毁’的内容就清楚了。
相应的，这里所有的工具箱都装了各种多级安全措施。所有设备和装置也安装有传感器，此外还配备有各种锁系统、控制器、红灯以及类似于’停止！禁用！’的标志等等。一旦有任何部件或设备突然出现故障，对撞机就会紧急停机，并通过4次循环迅速消灭中子束（例如：在2500分之一秒内完成）。
因此，我对CERN内物理基础设施的安全性充满信心。至于其部署的整个计算机网络则负责收集和处理相对极其少量的数据–我并不是过分自信；事实上，我从未有过。
CERN之所以拥有一个庞大的数据中心，这主要得益于在这里出现了全球许多的IT发明（包括我之前所提到的万维网），此外还建有一个大型电力网系统为分布式计算供电。这里的各级计算机均采用平流层通讯，没有了这些计算基础设施，所有耗费巨大的物理实验均无法进行。因此，CERN的巨大计算机和网络都需要得到持续的安全保护，如此才能抵御各路的恶意软件以及黑客的攻击–他们不遗余力地想从CERN上窃取利益。这难道不就是当代网络生活的真实写照吗。而在这一方面我们完全可以提供帮助！
现在到了轻松时刻，我们来讲一些有关CERN专业方面的笑话…
为证明科学家其实也是普通人，也有幽默的一面…我们提供了如下证据：
反物质？啊。这还真有些吓人。但却是航天和军事应用领域梦寐以求的材料。原因在于：1克反物质+1克正物质=一颗常规原子弹爆炸所产生的威力。
https://instagram.com/p/yrQ7B2OiVI/
https://instagram.com/p/yv4p7huif6/
但反物质不仅仅只能运用于军事和其它可怕的事情。
未来世界的尖端武器将在这里发明，同样未来的新能源也将在这里产生。而且我也可以断定在这里还将出现各种有益于人类和推动社会发展的其它发明–而只要这里有科学实验进行就会有新的发明出现。当他们在寻找一种物质的时候，那些根本没有想到的偶然发现的物质相比原本想要寻找的那个，必定更具价值。这就是所谓的”积极副作用”。这有点像盘尼西林的偶然发现:)。
在CERN建筑的上空，我看到了一些翱翔的鸟儿。我在想这些一定是”反物质鸟”。而我看到的那只猫必定也是”反物质猫”了。
还有什么积极面值得说的呢？有人好心地给了我们两公斤重的反物质！可惜的是这不能带上飞机–甚至根本不能拿住。
不对，CERN有记录显示，总计只有一半的反物质存储超过1秒钟。而如果我们在其中加入反电子的话，我们就能得到反氢。如果按照这样速度进行，要得到一克反氢需要花费…宇宙的一生时间。
好吧，伙计们。以上内容就是我们对CERN及其难以置信加速器的介绍。
下次再见了！…
