大型强子对撞机隧道内的一串磁铁 。 塞缪尔约瑟夫赫佐格通过欧洲核子研究中心
物理学的前沿在于一束亚原子粒子 ， 在中欧的一个地下隧道中以非常接近光速的速度在一个圆圈中冲刺 。 那道光束在另一个方向上以同样快的速度撞到一起 。 由此产生的碰撞会产生一连串其他粒子 ， 在它们消失之前被探测器捕获 。
这是大型强子对撞机 (LHC) 的标准程序 ， 它自 2018 年以来首次开启 ， 它的光束现在比以往任何时候都更强大 。 大型强子对撞机位于日内瓦附近的欧洲核研究组织 (CERN) ， 是世界上最大的粒子对撞机：一台巨大的机器 ， 可以将亚原子粒子粉碎在一起 ， 让科学家们观察喷出的量子碎片喷泉 。
对于物理实验来说 ， 这似乎是不必要的暴力 ， 但物理学家有充分的理由来进行亚原子粒子的碰撞 。 在这些碰撞中 ， 物理学家可以剥离我们宇宙的各个层面 ， 看看是什么让它在最小的尺度上运作 。
机器背后的物理学家大型强子对撞机名称中的“大”毫不夸张：对撞机在破烂的法瑞边界（欧洲核子研究中心总部所在地）两侧的日内瓦郊区下方切割了一个约27.35km长的磁环 ， 完全位于地下 ， 穿过法国侏罗山脉东坡的阴影 ， 然后又回来了 。
组装这样一个庞然大物需要很长的时间 。 大型强子对撞机于 1980 年代首次提出并在 1990 年代中期获得批准 ， 在 2008 年其光束首次开启之前 ， LHC 花了十多年的时间建造 。 建设花费了 47.5 亿美元 ， 主要来自欧洲各国政府的金库 。
LHC消耗的电力足以为一个小城市供电 。 甚至在当前升级之前 ， LHC 的实验每天产生1 PB 的数据 ， 足以容纳 10000 多部 4K 电影——这是在CERN 的计算机网络过滤掉多余的数据之后 。 这些数据通过来自全球各个角落的数千名科学家的计算机传递 ， 尽管世界某些地区的代表性比其他地区更好 。
随着物理学家试图回答宇宙中最基本的问题 ， 时间、金钱和人力不断涌入对撞机 。
例如 ， 什么导致质量存在？帮助回答这个问题是 LHC 迄今为止最公开的胜利之一 。 2012 年 ， 大型强子对撞机科学家宣布发现了一种长期寻找的粒子 ， 称为希格斯玻色子 。 玻色子是场的产物 ， 当粒子与场相互作用时 ， 会赋予这些粒子质量 。
希格斯玻色子的发现是被称为标准模型的墙上的最后一块砖 。 它是现代粒子物理学的核心 ， 它是一个示意图 ， 展示了大约十几个亚原子粒子以及它们如何巧妙地组合在一起以产生我们所看到的宇宙 。
但随着时间的推移 ， 标准模型似乎越来越不足以回答基本问题 。 为什么宇宙中的物质比反物质多得多 ， 它的反面？是什么构成了我们宇宙中似乎看不见和看不见的巨大部分？为什么重力存在？答案绝非简单 。
答案可能以尚未发现的粒子的形式出现 。 但是 ， 到目前为止 ， 它们甚至躲过了最强大的粒子对撞机 。
升级巨兽尽管 COVID-19 大流行扰乱了 LHC 的重新开放（原定于 2020 年） ， 但对撞机的管家自 2018 年以来就没有坐过 。 作为一系列技术升级的一部分 ， 他们加满了对撞机的光束 ， 增强了它的能源减少约 5% 。
这似乎是微不足道的（与本十年后期计划中的高亮度 LHC升级相比 ， 它肯定相形见绌 ， 这将增加碰撞次数） 。 但科学家们表示 ， 这仍然会产生影响 。
标准模型说成对的希格斯玻色子应该是极其罕见的——也许确实如此 。 但是 ， 如果大型强子对撞机确实大量产生了对 ， 那就表明有一些尚未被发现的东西在起作用 。
不久前 ， 一种潜在的观测材料出现了——不是来自欧洲核子研究中心 ， 而是来自芝加哥郊外费米实验室的一台旧的、现已关闭的加速器 。 研究人员仔细研究旧数据发现 ， W玻色子是一种导致原子内部放射性衰变的粒子 ， 它的质量似乎比预期的要重 。 如果这是真的 ， 它可能会让标准模型大开 。
自然 ， 粒子物理学家想要确保它是真实的 。 他们已经计划在 CERN 重复 W 玻色子测量 ， 包括从过去的实验中收集的数据和来自未来实验的新数据 。
让大型强子对撞机达到其新发现的全部容量可能需要时间 。 通常情况下 ， 当 LHC 重新启动时 ， 它是一个缓慢的重新启动 ， 这意味着第一年的数据量并不像随后几年那么多 。 即使是分析它产生的数据也需要时间 ， 即使对于在对撞机上工作的大量科学家来说也是如此 。
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