简介

实验信息

意义

简介

2010年11月，位于瑞士和法国边境的欧洲大型强子对撞机(LHC)里，一项由全球30多个国家100多个科研机构的上千名科学家参与的实验启动。两束铅离子的亚原子粒子在强大磁体作用下，朝相反方向，以接近于光速的速度在这个长达27公里的“巨无霸”环形隧道内“狂飙”，最终撞击在一起，产生出据说是137亿年前宇宙大爆炸刚刚发生后百万分之几秒内才有的，高达10万亿摄氏度、相当于太阳核心温度100万倍的高温，和一团类似液体的被称为夸克-胶子等离子体的物质。这意味着宇宙大爆炸成功迷你再现，宇宙最初为气态的说法由此被颠覆。

实验信息

大型强子对撞机创造了一个迷你版本的“宇宙大爆炸”，而宇宙正是诞生于大约140亿年前的大爆炸。参与大型强子对撞机项目ALICE铅离子对撞实验的英国科学家都在庆祝对撞实验取得成功，这将开启粒子物理学研究的新世纪。“迷你大爆炸”是通过令铅离子高速撞击产生的，撞击产生的温度是太阳核心温度的100万倍，重现了大爆炸后宇宙的瞬间状况。

ALICE离子对撞实验项目英国小组成员、伯明翰大学物理学家戴维·埃文斯博士说：“我们对这一成就激动万分。对撞实验产生了迷你版本的宇宙大爆炸以及在实验中取得的有史以来的最高温度和密度。这个过程发生在一个安全、可控的环境内，生成了炽热和稠密的亚原子火球，温度超过10万亿度，即太阳核心温度的100万倍。在这一温度下，连构成原子核的质子和中子也被融化了，产生称为‘夸克与胶子等离子体’的炽热而稠密的夸克与胶子汤。”

强大的磁体令铅离子以接近于光速的速度在地下数百英里的隧道内高速运转。铅离子以相反两个方面飞行，最后聚焦变成一个狭长的光束，被迫在ALICE探测器内撞击。科学家希望，通过夸克与胶子等离子体，可以让他们对强作用力有更多的了解。强作用力是自然界存在的四种基本作用力之一。

埃文斯说：“强作用力不仅使原子核牢牢地绑定在一起，而且还对它们98%的质量负责。我现在期待着研究大爆炸发生后瞬间构成宇宙的一小部分物质。”ALICE探测器是大型强子对撞机的组成部分。大型强子对撞机是世界上最大、能量最高的粒子加速器，旨在探究宇宙起源，它建在法国与瑞士边境地下一条16.7 英里(约合27公里)长的环形隧道内，由欧洲核子研究中心(Cern)负责管理。

大型强子对撞机共有4台探测器构成，它们分别安装在环形隧道的4个地下巨洞内，分布在大型强子对撞机周围。其中，ALICE探测器高16米、宽26米、重约1万吨。来自全球30个国家100个科研机构的大约1000位物理学家和工程师参与了ALICE实验。英国方面有8位物理学家和工程师以及7名来自伯明翰大学的博士生参与了这个项目。在铅原子核撞击期间，ALICE探测器以每秒1.2千兆字节的速度下载数据，生成相当于300万张CD存储的信息。

意义

严格意义上说，大型强子对撞机(LHC)没有重现大爆炸，但它确实成功重现了大爆炸发生后极短时间内宇宙小范围的情形。

从现在开始，LHC设备的运行进入了一个新阶段。即对潜在的新物质状态进行探索。迄今为止，LHC设备就像是一台超级显微镜，通过实现粒子间的高能对撞，从而探索物质的最基本结构。在接下来的几周内，LHC设备将继续进行铅原子核的高能对撞实验，每次对撞都将包含大量粒子，实验的目的是了解在大量粒子同时发生高能对撞的情况下将会出现什么新现象。

理论物理学家们对此进行了预言：他们认为在LHC铅原子核对撞实验中产生的超高密度和压力条件下，将出现一种新的物质态——夸克-胶子等离子体。在这种物质态中，物质的最基本粒子：夸克和胶子，将脱离核子(质子、中子等)，这很类似在等离子电视机中电子从原子中脱离开一样。我们观看等离子电视，其实就是看到了这些逃逸的电子构成的电磁等离子体发出的光。类似的，“大型离子撞击试验探测器”(ALICE)和LHC设备将用于“观看”铅核高能对撞时发出的粒子，从而寻找证据，来验证或推翻现存关于夸克-胶子等离子体的理论。

这些实验将提供探索基本物理理论的途径，包括一些由弦理论提出的观点。还可能对于宇宙的早期演化研究提供新的线索。宇宙学家们认为，如果夸克-胶子等离子体真的存在，那么极早期宇宙——大爆炸后不超过1微秒(1百万分之一秒)中应当充斥着这种物质状态。因此从这一角度看，此次的实验将对这一阶段的宇宙演化提供新的研究线索，从而影响对宇宙后续演化理论的研究。

等离子物理学家们的观点是否正确呢？弦理论是否正确呢？宇宙学家们是否正确呢？LHC实验将提供一些答案。