當?shù)貢r間昨天9時30分(北京時間昨天15時30分)左右,歐洲核子研究中心正式啟動世界最大的大型強子對撞機(LHC),將第一束質(zhì)子束流注入對撞機。55分鐘后,第一束質(zhì)子束流貫穿整個大型強子對撞機,現(xiàn)場科研人員一片歡呼。從此開始,在注入第二束質(zhì)子束流之后,在電光石火的相向?qū)ψ仓,將發(fā)生每秒約6億次的粒子碰撞,就像宇宙大爆炸之初,會釋放大量能量和基本粒子……
由此,關于牛頓沒有完成的粒子與質(zhì)量問題、關于愛因斯坦相對論的第四維度空間問題、關于眾多科學家一直探尋的暗物質(zhì)與反物質(zhì)問題,以及關于全人類共同叩問的“世界從哪里來”這一哲學終極問題,都被認為將獲得一個新發(fā)現(xiàn)的良機。正如科學家預言,此次實驗有可能開啟物理學新黃金時代。
但同在昨天LHC正式啟動之前,一批持反對態(tài)度的歐洲科學家甚至鬧上了法庭,起訴投資該項目的歐洲國家,并申請對實驗發(fā)出緊急禁令。盡管申請已被法院駁回,但反對者稱,粒子撞擊過程中所釋放出的超高能量可能產(chǎn)生一個迷你黑洞,它要么吞噬地球,要么產(chǎn)生一種怪異粒子,總之地球?qū)⒈粠肽┤铡?/p>
對此,著名物理學家、中科院院士楊福家接受本報越洋采訪時表示:“完全胡說八道!”
尋找粒子物理學的“圣杯”
“LHC通過加速強子,并讓兩束強子對頭碰撞,模擬宇宙開始時的情景,科學家就能從中研究宇宙起源,這也是該科學工程的主要目標之一!睏罡<蚁虮緢笥浾呓榻B了科學界關注LHC的焦點。
所謂強子,就是一種亞原子粒子,所有受到強相互作用影響的亞原子粒子都被稱為強子。在歐洲阿爾卑斯山腳下有一個美麗的日內(nèi)瓦湖,湖的前面有一片開闊地,在地下100米深處有一條周長27公里的隧道。這臺世界最大的大型強子對撞機就位于隧道內(nèi)。昨天,隨著大型強子對撞機項目主任林恩·埃萬斯的一聲啟動命令,第一束質(zhì)子束流被注入對撞機開始運行。
實驗中,首批質(zhì)子將以接近光速的速度走通27公里環(huán)形隧道;經(jīng)過一段時間(數(shù)小時至數(shù)十小時)調(diào)試,在首批質(zhì)子束流走通對撞機并運行穩(wěn)定后,再注入與其平行的第二束質(zhì)子束流反方向運行。在相向平行運行的兩束質(zhì)子束流穩(wěn)定之后,再經(jīng)過幾天至幾個星期的極其復雜細致的同步調(diào)整,才可能開始實現(xiàn)兩束質(zhì)子束流的對撞。
從構(gòu)想到建成,LHC歷時近20年,耗資約60億美元,吸引了來自80多個國家和地區(qū)的約7000名科學家和工程師參與。中科院高能物理所研究員陳國明及其同事,以及北京大學等近10所中國科研院所和高校的科研人員都參與了最核心研究之———對“希格斯玻色子”的尋找。
這一被譽為粒子物理學“圣杯”的粒子,44年前由英國物理學家彼得·希格斯預言,能夠完美解釋物質(zhì)質(zhì)量之源。而“什么是質(zhì)量”,這是牛頓也沒有完成的問題。希格斯提出,其它粒子在希格斯玻色子構(gòu)成的“海洋”中游弋,受其作用產(chǎn)生慣性,由此產(chǎn)生了質(zhì)量。這套被稱為“粒子物理標準模型”的理論預言有幾十種基本粒子,都陸續(xù)被實驗證實了,只剩最關鍵的希格斯玻色子至今仍未被發(fā)現(xiàn)。
LHC計算網(wǎng)格分為好幾層。第“零”層就設在歐洲核子研究中心,主要由上千臺計算機處理器構(gòu)成,對撞產(chǎn)生的數(shù)據(jù)首先會傳送到第“零”層。第“零”層下面,是12個第一層計算中心,其中一個設在歐洲核子研究中心,另外11個分布在世界各地的其它主要研究機構(gòu);接下來是第二層計算中心,主要由眾多大學和研究所的小型計算中心構(gòu)成。
通過這樣的數(shù)據(jù)分析,科學家就能從中尋寶。除了希格斯玻色子,其數(shù)據(jù)分析結(jié)果被認為將有助于回答一些涉及自然和物質(zhì)本質(zhì)的基本問題,包括各種作用力的統(tǒng)一、暗物質(zhì)的本性……其中任何一項如果能有科學新發(fā)現(xiàn),那都是彌足珍貴。對霍金而言,LHC極有可能驗證他有關黑洞蒸發(fā)的理論,“如果真的能造出黑洞進而驗證我的相關理論預言,無疑我將獲得諾貝爾獎!
此外,LHC采用的先進加速器技術(shù)、探測器技術(shù)等,如有所推廣,也被認為將在治療癌癥、摧毀核廢料等實用方面發(fā)揮作用。
據(jù)英國《每日郵報》報道,幾乎全世界的科學家都在熱切等待LHC啟動那一刻。盡管如此,“對撞產(chǎn)生黑洞,帶來世界末日”的說法也在悄然傳播……
即便有黑洞 也微不足道
“過去20多年來,每個大型高能物理對撞機在建設過程中,總會有人以同樣的理由表示激烈反對。但后來這些加速器都運行得很好!敝锌圃焊吣芪锢硌芯克L陳和生院士同樣對反對聲嗤之以鼻。
針對鬧上法庭的反對之聲,歐洲核子研究中心進行了安全評估。評估后認為:這種擔心不會變成現(xiàn)實。雖然研究人員承認,碰撞所能達到的能量級別是從前任何人造科技所無法達到的,但他們表示,自然界的宇宙射線碰撞已經(jīng)產(chǎn)生更大的能量,但并沒有產(chǎn)生不良反應。研究人員稱:“在地球上,大自然已經(jīng)導演了多次碰撞,相當于大約100萬次LHC實驗,不過地球依然存在!
紐約市立大學理論物理學教授加來道雄前不久在英國《衛(wèi)報》撰文駁斥了因產(chǎn)生黑洞而導致“世界末日”的說法。他說,如果大型強子對撞機運行一百年,這些粒子所產(chǎn)生的全部能量甚至還不能點亮一只電燈泡,而且制造出的微型黑洞超級“迷你”、“短命”,尺度僅為百億億分之一米(10的負18次方米),存在時間僅為十億分之幾阿秒(1阿秒為10的負18次方秒),根本不會對地球造成任何影響。
民間科學組織“科學松鼠會”中聚集了不少物理專業(yè)的年輕研究人員。他們同樣認為,LHC只是人工第一次達到如此巨大的能量,但對于宇宙來說,這點能量根本微不足道。此刻也在轟擊地球的宇宙射線能量比這要高上萬倍,如果LHC能夠毀滅地球,那么這份“戰(zhàn)功”早就被宇宙射線奪走了。
LHC上的四個巨型探測器各負責一項實驗,分別被稱為ATLAS、ALICE、CMS和LHCb。中國高能物理研究所和北京大學為其中的CMS實驗研制了磁鐵支架、實驗大廳的地板和部分阻性板室等。兩院院士嚴東生領銜的中科院上海硅酸鹽研究所團隊,則自主研制了6000根人工晶體材料,在CMS對撞點上,像拼接木桶那樣,搭建成一段足有兩三人高的“水晶洞”。高質(zhì)量的水晶洞,這種高能探測材料,是得到精準實驗結(jié)果的硬件基礎。
另一種“對撞”
歷史總是有所相似。
在上世紀90年代,美國超導超級對撞機(SSC)項目的“下馬事件”正是因為公眾爭議、甚至行內(nèi)反對。
上海交通大學前人文學院院長、科學史專家江曉原教授向記者介紹:那是一項美國的大科學工程項目,1987年開始實施,在已經(jīng)投資20億美元并取得一些成績的情況下,仍于1993年被國會干預而被迫下馬。當時,一名國會議員提出一個問題:“我們能通過這種機器找到上帝嗎?如果能,我將為它投上一票!眳⒓勇犠C會的所有物理學家面對這個問題,他們沒有給出具有說服力的答案。當然,這個議員的問題只是一個比喻,他的意思是超導超級對撞機對人類沒有意義。
“科學家不一定要回答能否找到上帝,卻有義務將項目的益處向公眾解釋清楚。在我看來,下馬原因中這一點相當重要,那就是工程耗資巨大,而科學家的解釋又毫無說服力,因此它看起來就像某些科學家一件巨大而極盡奢華的新玩具!苯瓡栽f。
說到底,有沒有希格斯玻色子,到底和普通人有何關系?
“在大多數(shù)現(xiàn)實的人看來,某種粒子存在與否與碗里有多少肉無關。但這并不成為我們放棄純科學研究的理由!鄙虾煼洞髮W天體物理聯(lián)合研究中心教授李新洲說。純科學研究離不開研究者追根問底的好奇心的驅(qū)動,離不開人類對未知的本能追問。而這種好奇心與本能,是任何一個文明社會都提倡的人類品質(zhì),也是人類社會不斷前進的原動力之一。就LHC而言,它追問的是宇宙從何而來,這也是人類在能力所及范圍內(nèi),對世界、生命存在的一種叩問。
另一個重要的問題是,當社會進步到一定程度,當公眾文明素質(zhì)發(fā)展到一定階段,在那些被廣泛關注的大科學研究項目中,誰最具有發(fā)言權(quán)?是內(nèi)行的科學家,還是看似外行的廣大公眾?
“公眾對科技發(fā)展的關注度提升到了今天,科學家已經(jīng)無法再高高在上,而無視那些看似外行的廣大公眾,”江曉原說,“美國SSC項目被迫下馬后,有些科學家痛心疾首,認為這是科學發(fā)展被外行阻礙的標志。但事實上,科學是要為人類服務的。而大科學研究項目是一個較長時間內(nèi)多方參與的結(jié)果,各方關注焦點各不相同,因此,不論在立項之前還是在實施過程中,多方的相互溝通必不可少?茖W家有義務面對外界爭議,有義務向社會公眾普及相關科技知識、報告最新進展,而不只是在科學界內(nèi)交流或者只對政府主管部門進行匯報。”
“我認為,對科學研究項目的公眾爭議,可視為一種社會的進步!苯瓡栽纱丝吹搅恕皩ψ病钡牧硪幻妗
或許,跳出此次實驗的另一種思想人文的“對撞”,恰是社會進步的標志;蛟S,努力讓科學離大眾近些再近些,亦是此次對撞實驗之外的更深意義。(章迪思 林環(huán))
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