欧洲粒子物理研究所(European Organization for Nuclear Research ,简称CERN)是世界最大的粒子物理研究中心，位于法国和瑞士的交界处，成立于1954年。

简介

历史

大型强子对撞机（LHC）

LHC上的主要实验(1.ATLAS实验 2.CMS实验 3.LHCb 4.Alice实验)

简介

CERN是欧洲第一个联合研究机构，由20个成员国提供资金，其卓越成绩已经成为国际合作的典范。CERN位于法国和瑞士的交界处，就在日内瓦的郊区。CERN主要研究物质是怎样构成的，以及是什么把它们结合起来的。CERN建有世界上最大的正负电子对撞机LEP（Large Electron-Positron collider）和超级质子同步加速器SPS(Super Proton Synchrotron)，如图所示，大圆是LEP，周长达到27公里，粒子能够加速到每秒运动11000周，接近光速。小圆是SPS。与加速器配套的是四层楼高的粒子检测器，用于对粒子性质进行分析。

来自全世界80多个国家、500多所大学及研究机构的6500多名科学家（占全球粒子物理学家的一半）在CERN进行各种各样的实验。CERN自身拥有各种各样的技术支持人员，包括物理学家、工程师、程序员、技术人员、管理人员、工人等，他们负责建立各种复杂的设施并保障其正常运转。在CERN完成的实验也是前所未有的，通常需要数百名科学家在巨大的设备上共同完成，一个实验昼夜不停，持续数月乃至数年。

顺便说一句，CERN同时也是万维网WWW(World Wide Web)的发源地。1990年，CERN的计算机科学家Tim Berners-Lee，为了方便分布于世界各地的高能物理学家之间的协作，设想和开发了WWW客户端和服务器端，还定义了URL、HTTP、HTML等。正是由于Tim等人的贡献，Internet才变成了大家今天所习惯的模样。

历史

CERN光辉的历史（英文原版，欢迎网友一起来翻译）：

1949

为了纠正这种不平衡和恢复欧洲科学昔日的威望，在欧洲文化会议在洛桑，法国物理学家，诺贝尔奖得主路易斯德布罗意提出建立欧洲科学实验室。

1950

在第5次教科文组织大会在佛罗伦萨，美国物理学家，诺贝尔文学奖获得者伊西多拉比提出了一项决议，一致通过，授权教科文组织“ ，协助和鼓励的形成和组织区域中心和实验室，以提高和更富有成效的国际协作的科学家...".

1952

在第5次教科文组织大会在经过两年教科文组织会议， 11日欧洲各国政府同意设立一个临时“宪法Européen争取追忆Nucléaire ” （欧洲核子研究中心） 。一次会议上新的欧洲核子研究中心理事会在阿姆斯特丹，日内瓦附近的一个地点是选定的计划实验室。

1954

在第5次教科文组织大会后，经初步批准该公约的会员国，欧洲核研究组织正式来自被9月29日。虽然“临时”欧洲核子研究中心正在解体，方便的缩写是保留。 12个创始会员国的国家是：德意志联邦共和国，比利时，丹麦，法国，希腊，意大利，挪威，荷兰，英国，瑞典，瑞士和南斯拉夫。在1961年离开南斯拉夫。奥地利和西班牙参加1959年和1961年分别-西班牙树叶，但在1969年重返于1983年。葡萄牙同在1985年，芬兰和波兰在1991年，匈牙利在1992年，捷克共和国和斯洛伐克共和国于1993年，保加利亚在1999年，使会员国数目为20 。

1955-02-24

在第5次教科文组织大会后，经初步批准该公约的会员国，欧洲核研究组织正式来自被9月29日。虽然“临时”欧洲核子研究中心正在解体，方便的缩写是保留。 12个创始会员国的国家是：德意志联邦共和国，比利时，丹麦，法国，希腊，意大利，挪威，荷兰，美国第一次会议的欧洲核子研究中心理事会

1955-06-10

在第5次教科文组织大会后，经初步批准该公约的会员国，欧洲组织菲利克斯布洛赫，第一任总干事的欧洲核子研究中心，地址观众在奠基仪式。

1955-09,1960-04

科内一月巴克教授，总干事的欧洲核子研究中心从1955年9月至1960年4月。

1957

欧洲核子研究中心的第一个加速器，一个600兆电子伏质子同步回旋加速器开始作业。第一个实验性的成就是人们期待已久观察一个介子衰变为一个电子和一个中微子..

1959

第一次运行的欧洲核子研究中心的第一个大型机械， 28电子伏特的质子同步加速器（聚苯乙烯） ，今后一个时期世界上海拔最高的能源加速器。

1960-02-05

就职典礼的PS ：楼者罗斯（左）和J.亚当斯

1961,1965

教授五普夫，欧洲核子研究中心总干事（ 1961年至1965年）

1961-07-27

巴顿亚当斯出发仪式（前面的主楼） 。

1962-05-24

Visit of Baudoin, King of Belgium

1962-09-20

Visit to CERN of Queen Frederica of Greece and of her daughter, Princess Irene

1963

First CERN bubble chamber pictures of neutrino interactions. Neutrino physics benefits greatly from fast ejection of protons from the synchrotron.

1965

Agreement with French authorities extends the CERN site into France. CERN's Council approves the construction of the Intersecting Storage Rings (ISR), the world's first proton collider, on this extension of the site in France, commissioned in 1971.

1967

CERN commissions the ISOLDE Isotope Separator On-line for the study of very short-lived nuclei. This world-class facility greatly extends the range of CERN's research. Under a special agreement between CERN and France, work begins on the Gargamelle heavy liquid bubble chamber. An agreement between CERN, France and Germany covers the construction of a 3.7 metre hydrogen bubble chamber equipped with the largest superconducting magnet in the world.

1968

The invention of multiwire proportional chambers and drift chambers revolutionizes the domain of electronic particle detectors. Georges Charpak is eventually awarded the Nobel Prize for Physics in 1992 for this work.

1971

Approval for the construction of a second laboratory, adjoining the existing site, with a 7-kilometre Super Proton Synchrotron (SPS) initially planned for an energy of 300 GeV. Although at first administratively separate, the two CERN laboratories are united in 1976.

1972

A four-ring 800 MeV Booster is completed to increase the injection energy of the PS. With the booster and a new Linac, which starts operation in 1978, the PS machine goes on to exceed its design intensity by more than a thousand times. CERN's unique interlinked system of accelerators, with the PS as the central hub, provides an unparalleled variety of particle beams and research possibilities.

1973

First important discoveries from the experiments at the ISR show that protons grow in size as their energy is increased; and particles emerging at wide angles reveal scattering between the constituent particles deep inside the protons. The Gargamelle bubble chamber in a neutrino beam at the PS provides one of CERN's greatest physics discoveries: neutrinos can interact with another particle and remain as neutrinos. This "neutral current interaction" breaks new ground, giving strong support to a theory which attempts to unite our understanding of the weak force - governing such phenomena as radioactivity - with the familiar electromagnetic force.

1976

Start of operation of the Super Proton Synchrotron (SPS). As with the ISR, machine construction is completed ahead of schedule and within the authorised budget. The accelerator performance improves rapidly so that the design intensity is exceeded and at the end of 1978, the peak energy is taken to 500 GeV.

1978

Experiments at CERN show how beam quality and intensity can be improved using the "stochastic cooling technique", proposed by Simon van der Meer at CERN in 1968. The possibility of accelerating and storing intense beams of particles opens the door to a bold new proposal to convert the SPS into a proton-antiproton collider, using a Antiproton Accumulator ring (AA) to apply stochastic cooling to antiprotons.

1979-06

CERN?s 25th anniversary.

1981

With the SPS adapted as a proton-antiproton collider and with two experiments, UA1 and UA2, to study the collisions, the first proton-antiproton collisions, at an energy of 270 GeV per beam, are seen in July 1981

1981

Council approves construction of the 27-kilometre Large Electron-Positron collider (LEP) ring, the largest scientific instrument ever constructed, for an initial operating energy of 50 GeV per beam.

1983

Historic discovery of the W-bosons (January) and the Z-boson (May) - the long-sought carriers of the weak nuclear force - thus confirming the 'electroweak' theory unifying weak and electromagnetic forces

1983-09-13

In September, the ground-breaking ceremony for LEP takes place with French and Swiss Presidents, Fran?ois Mitterrand and Pierre Aubert, as guests of honour.

1984

Carlo Rubbia and Simon van der Meer receive the Nobel Prize for Physics for their work which culminated in the discovery of the W boson and Z boson at CERN in 1983.

1989

In August, LEP starts up. In October, only two months after the first collisions in LEP, extremely accurate measurements of the Z particle show that the fundamental building blocks of matter consist of three, and only three, families of particles.

1989-11-13

On the 13th of November, LEP is officially inaugurated by Heads of State and Science Ministers.

1990

Tim Berners-Lee, working with Robert Cailliau at CERN, proposes a distributed information system, based on 'hypertext', a way of linking related pieces of information stored on computers. By hiding network addresses behind highlighted items on the screen, information can be linked between several computers. The name "World-Wide Web" is chosen.

1991-12

In December, CERN Council delegates agree unanimously that the Large Hadron Collider (LHC) in the LEP tunnel is the 'right machine' for the future.

1992

Georges Charpak of CERN is awarded the Nobel Prize for Physics for his invention of the multiwire proportional chamber. As well as revolutionizing the tracking of particles, this instrumentation is used in many medical applications.

1994

The years from 1989 are marked by the success of LEP experiments. The outstanding result is the precision measurement of the Z resonance parameters: from 1989 to 1993 the four LEP detectors - ALEPH, DELPHI, L3 and OPAL - reconstructed more than 10 million Z decays.

1994

CERN's 40th anniversary.

1994

Council approves construction of the LHC.

1995

In September 1995, an international team led by Walter Oelert succeeded in synthesizing atoms of antimatter from their constituent antiparticles. The creation of atoms of antimatter at CERN has opened the door to the systematic exploration of the antiworld.

1995

After making significant financial contributions to the LHC, Japan becomes a CERN Observer state.

1996

LEP energy is increased to allow production of pairs of W particles.

1997

After agreeing to provide significant financial contributions to the LHC, the USA becomes a CERN Observer State.

2000

Experiments at CERN present compelling evidence for the existence of a new state of matter 20 times denser than nuclear matter, in which quarks, instead of being bound up into more complex particles such as protons and neutrons, are able to roam freely. Such a state, the “quark-gluon plasma”, must have existed just a few microseconds after the Big Bang, before the formation of particles of matter.

2000-11

The LEP accelerator closes in November. During its eleven years of running, precision measurements made by the four LEP experiments confirmed the Standard Model to an extraordinary degree of precision.

2001-05

In May CERN announces its final results on direct Charge Parity (CP)-violation, the subtle effect that explains nature's preference for matter over antimatter. The results demonstrate beyond doubt that direct CP-violation exists.

2002

At CERN’s Antiproton Decelerator (AD) facility, the ATHENA collaboration announced the first controlled production of large quantities of antihydrogen atoms at low energies. The trapping technology had been pioneered by CERN’s ATRAP collaboration.

2003

The first component of the Palais de l’Equilibre arrives at CERN. Renamed the Globe of Innovation, this elegant wooden sphere was offered by Switzerland during the inauguration of the gigantic experimental cavern which is to house the ALAS detector in 2007.

2004

Scientists, heads of state, and representatives from many countries attended CERN's official 50th anniversary ceremony.

2005

The first of the 1232 superconducting dipole magnets is lowered into the LHC tunnel. This achievement marks the start of LHC installation.

大型强子对撞机（LHC）

大型强子对撞机又名大型强子对撞器（Large Hadron Collider，简称：LHC）是一座位于瑞士日内瓦近郊欧洲核子研究组织CERN的对撞型粒子加速器，作为国际高能物理学研究之用。LHC已经建造完成，2008年9月10日开始试运转，并且成功地维持了两质子束在轨道中运行，成为世界上最大的粒子加速器设施。LHC预计将于2008年10月21日开始进行低能量对撞实验。LHC是一个国际合作计划，由全球85国中的多个大学与研究机构，超过八千位物理学家共同合力出资合作兴建。　欧洲核子研究中心2010年3月23日宣布，大型强子对撞机将于下周实施迄今为止最高能级的质子流对撞试验，以模拟137亿年前宇宙大爆炸之后的最初状态。欧洲核子研究中心当天发布公报说，总能量高达7万亿电子伏特的两束质子流对撞试验将于30日实施，完成对撞将花费数小时甚至数天时间。自19日开始，大型强子对撞机内的两束质子流已分别被加速至3.5万亿电子伏特，打破了该中心2009年11月创下的1.18万亿电子伏特的纪录。

大型强子对撞器(Large Hadron Collider，LHC)是一座位于瑞士日内瓦近郊欧洲核子研究组织CERN的粒子加速器与对撞机，作为国际高能物理学研究之用。(全球定位点：北纬46度14分00秒，东经6度03分00秒46.233333333333；6.05)LHC建造完成，于2008年9月10日北京时间下午15：30分开始运作，成为世界上最大的粒子加速器设施。LHC是一个国际合作的计划，由34国超过两千位物理学家所属的大学与实验室，所共同出资合作兴建的。

意义：规模最大的科学计划，将带来重大物理学发现的一个新黄金时代；

目的：揭示宇宙起源，寻找上帝粒子希格斯玻色子；

工作原理：将极高能量的质子以超快速度撞击到一起，上演微缩版的“宇宙大爆炸”；

地点：位于瑞士、法国边境地下100米深的环形隧道中，隧道全长26.659公里；

耗资：超过60亿美元，200多物理学家参与。

LHC上的主要实验

为了进行大型离子对撞机实验，大型强子对撞机将让铅离子进行对撞，在实验室条件下重建“大爆炸”之后的宇宙初期形态。获得的数据将允许物理学家研究夸克-胶子等离子体的性质和状态，这种物质据信在“大爆炸”发生后只存在很短时间。

现在宇宙的所有普通物质都是由原子构成，每个原子拥有一个由质子和中子构成的核子，核子周围环绕着电子。质子和中子都是被称之为“胶子”的其它粒子束缚夸克形成的。这种不可思议的强大束缚意味着，独立的夸克是永远也不会被发现的。

大型强子对撞机内上演撞击时产生的高温是太阳内部温度的10万倍。物理学家希望看到的是，质子和中子会在这种高温条件下“熔化”，并释放被胶子束缚的夸克。这么做将创造夸克-胶子等离子体，它们可能只存在于“大爆炸”之后，当时的宇宙仍处在极度高温之下。科学家计划在夸克-胶子等离子体膨胀和冷却过程中对其进行研究，观察它如何形成最终构成当前宇宙物质的粒子。

共有来自28个国家的94个研究机构的1000多名科学家参与ALICE实验。

ALICE探测器相关资料

尺寸：长26米，高16米，宽16米

重量：1万公吨

位置：法国小镇圣吉利斯-珀利(StGenis-Pouilly)。

1.ATLAS实验

超环面仪器实验ATLAS是大型强子对撞机两个通用探测器中的一个。此项实验涉及到物理学的很多领域，包括寻找希伯斯玻色子、额外维度以及构成暗物质的粒子。与CMS的实验目的一样，ATLAS也将记录与撞击时产生的粒子有关的类似数据，即它们的路径、能量以及特性等等。虽然实验目的相同，但ATLAS和CMS探测器的磁铁系统却采用了完全不同的技术和设计。

ATLAS探测器巨大的圆环形磁铁系统是它的主要特征。这一系统由8个25米长的超导磁铁线圈组成。磁铁线圈分布在贯穿探测器中心的粒子束管周围，形成一个“圆筒”。实验过程中，磁场将被包含在线圈分离出的中央柱形空间内。

共有来自37个国家的159个研究机构的1700多名科学家参与ATLAS实验。中国山东大学为ATLAS贡献了400多个TGC探测器，为其作出了重要贡献。

ATLAS探测器相关资料

尺寸：长46米，高25米，宽25米，是迄今为止制造的个头最大的粒子探测器。

重量：7000公吨

位置：瑞士梅林(Meyrin)

2.CMS实验

CMS实验利用一个通用探测器，对物理学的很多领域进行研究，包括寻找希伯斯玻色子、额外维度以及构成暗物质的粒子。虽然实验目的与ATLAS相同，但这个探测器的磁铁系统却采用了完全不同的技术和设计。

CMS探测器是在一个巨型螺管式磁铁基础上建成的。它采用圆柱形超导电缆线圈，可产生4特斯拉的磁场，相当于地球磁场的10万倍。这个巨大磁场受一个“铁轭”限制——探测器1.25万公吨的重量大部分来自“铁轭”。与大型强子对撞机的其它巨型探测器有所不同的是，CMS探测器并不是在地下建造，而是选在地上，后分成15个部分被运至地下，最后完成组装，这也算得上它的一大特色。

共有来自37个国家的155个研究机构的2000多名科学家参与CMS实验。

CMS探测器相关资料

尺寸：长21米，宽15米，高15米

重量：1.25万公吨

位置：法国塞希(Cessy)。

3.LHCb

中国清华大学参与其中。

LHCb实验将有助于我们理解人类为何生活在一个几乎完全由物质而非反物质构成的宇宙。它通过研究一种称为“美夸克”(beauty quark)的粒子，专门对物质和反物质之间的微妙差异展开调查。LHCb实验不是将整个撞击点同密封探测器围起来，而是使用一系列子探测器去主要探测前行粒子(forward particle)。

第一个子探测器将安装到撞击点附近，而接下来的几个将会一个挨一个安装，它们的长度都超过20米。大型强子对撞机将创造出大量不同类型的夸克，然后它们将快速蜕变为其他类型。为捕捉到“美夸克”，LHCb项目小组已开发出先进的可移动跟踪探测器，并安装在围绕于大型强子对撞机周围的光束路径附近。LHCb项目小组由来自13个国家48所研究机构的650位科学家组成。

LHC底夸克探测器相关资料

尺寸：长21米，高10米，宽13米

重量：5600吨

设计：具有平面探测器的前向接受谱仪

地点：法国费尔奈-伏尔泰。

4.Alice实验

全截面弹性散射探测器实验研究前行粒子，以重点分析普通实验难以获得的物理学原理。在一系列研究中，它将测量质子大小，还将准确监控大型强子对撞机的光度。想要做到这一点，全截面弹性散射探测器就必须要捕捉到距大型强子对撞机光束非常近的距离产生的粒子。它由一组安放在称为“罗马罐”(Romanpot)的特制真空室的探测器组成。

“罗马罐”同大型强子对撞机的光束管道相连。8个“罗马罐”将被一对一对地置于CMS实验撞击点附近的四个地点。尽管从科学意义上讲这两次实验是独立的，但TOTEM实验将是CMS探测器和其他大型强子对撞机实验所获结果的有力补充。来自8个国家10所研究机构的50位科学家将参与TOTEM实验。

全截面弹性散射探测器相关资料

尺寸：长440米，高5米，宽5米

重量：20吨

设计：“罗马罐”，GEM探测器和阴极条感应室

地点：法国塞斯(位于CMS附近)