加速器与对撞机联手寻找谜底

深蓝色的畅想

新的基本粒子靠什么来寻找？答案是通过加速器和对撞机。

“简单地说，加速器就是带电粒子借由电场增加能量，通过具有能量的带电粒子进行科学研究，比如说去打靶或者进行对撞。比如说我们家庭中的电视机就是一个最简单的直线加速器。”吴雨生说，电子经过电视机的加速就会得到一定的能量，能量单位叫做电子伏特。电场是用来加速带电粒子的，也就是给它提供能量，增加速度。

加速器可以粗略地分成两类：一类叫做直线加速器，一类是环形加速器。直线加速器就是粒子走直线，环形加速器就是粒子通过磁场一圈一圈都在里面运转。

“有了加速器，就可以用它进行科学研究，用带电粒子去打原子核或者对撞。”吴雨生说，粒子撞击人眼是看不见的，因此需要用探测器，相当于代替人眼来看对撞之后产生的粒子的种类、多少和特性。

对撞机也分两类：一个是直线对撞机，粒子相向运动，在一个对撞点对撞。另一个是环形对撞机，正负电子是相对而行，一圈一圈不停地加速，再进行对撞。

“加速器既是一门物理科学，同时还是技术与工程，这是粒子加速器的一个非常重要的特点。”吴雨生说。

上世纪60年代，世界上第一台正负电子对撞机在意大利建成。其后在日内瓦的欧洲核子中心（CERN），建成世界上最大的正负电子对撞机LEP。之后科学家将LEP拆除，在其隧道中建成了世界上最大的质子对撞机LHC。

“因为我们要探索的物质最深层的尺寸越来越小，而探测的物质层次越深，看的东西越小，就需要‘光线’的波长越小，能量就必须越大。因此对撞机的高能量是必然需求。”吴雨生说，世界上最大的质子对撞机LHC也是能量最高的粒子加速器，它深埋在地下100米深、总长27千米（含环形隧道）的隧道内。

“LHC体积巨大，能将粒子加速到接近光速，这正是强磁场使粒子围绕加速环运行的结果。其磁场强度非常大，因此如果摆在地面上，周边很大范围内就不允许其他设施和人员存在。”吴雨生说，LHC深埋地下，也是为了排除其他干扰，获得一个更纯粹的实验环境。

“大型强子对撞机能量状态可与宇宙大爆炸后不久的状态相比。科学家利用质子碰撞后的产物探索物理现象，例如，寻找到标准模型预言的希格斯粒子，探索超对称、额外维等超出标准模型的新物理等。”吴雨生说。

事实上，在建造LHC的过程中，科学家已经获得了许多改善我们生活的科研成果。比如互联网最初就是欧洲核子研究中心的科学家为了解决数据传输问题而发明的，其他譬如癌症治疗、摧毁核废料以及帮助科学家研究气候变化等的一些成果，也得益于大型强子对撞机。