更大更快更强：大强子对撞机升级
bdus @ 2013.08.04 , 08:09 下午一年前，世界上最大的粒子对撞机帮助科学家取得了科学史上又一伟大发现——质量的赋予者希格斯波色子(上帝粒子)。
然而如今，对撞机的荧屏却一直灰暗着，控制台也无人操作，爆炸的快照曾经帮助我们探寻粒子的奥秘，然而那巨大、寒冷的隧道里 却再也没有了那对撞的粒子束。
其实，沉默是一种错觉，科学家们正在幕后为取得更大的科学发现 而努力筹备着机器的大升级。
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图为一名工人站在紧凑U介子线圈 (CMS，一种CERN的对撞机的通用检测器)下检修设备
位于新西兰瑞士和法国接壤处地下100m处的 周长27km的环形对撞机，在2月停机进行为期18月的全面检修。当2015年试验重新启动时，欧洲粒子研究所将用它新增的强大功能研究暗物质、暗能量和超对称——半世纪前一些像希格斯波色子一样疯狂的想法。
当工程师们着眼于升级任务时，物理学家们正在研究 2010年来大强子对撞机(LHC)积累的海量实验数据，希望从中有所发现。
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上图为科学家观察已沉寂的LHC的截面
“显而易见的东西早已被发掘，而如今我们再来看一看。”CERN的Tiziano Camporesi 说，“没有什么比对付那些未知的、不可知的东西更困难了，因此我们总是说天文学家的任务更简单——他们至少还能清楚的知道他们要寻找的东西！”
LHC的对撞机将能量转化为质量，其基本目的就明确为寻找 能帮助我们理解宇宙的亚原子碎片。
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上图为一名工人路过紧凑U介子线圈
为什么希格斯波色子如此重要？
# 希格斯波色子来自二十世纪六十年代提出的理论(标准理论)，它使基本粒子们拥有质量。
# 理论认为大爆炸后宇宙冷却，形成一种无形的力量，称为希格斯场。
# 这种场渗透在宇宙中的每一角落，由无数的微小粒子——希格斯波色子组成。
# 其它粒子经过(碰撞)它时就获得了质量(link)。
# 希格斯波色子的发现对人类的益处将是全面和持续的，但更可能会在医药、计算和制造领域发挥更大作用。
# 专家对比希格斯波色子和电子的发现历史
# 电子这种亚原子粒子存在的假说最初在1838年提出，但是科学家用了60年才证明其存在
# 一个世纪以来，电子成为了现代科技的基础——从电视、CD技术到癌症治疗，无处不有其身影
峰值时，老LHC能每秒进行惊人的5,500,000,000次碰撞。
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“我们给这家伙尽可能多的粒子。”其经营团队的负责人Mike Lamont这样说，“这是我们的工作。许多材料并不那么有趣，所以整理和投加这些材料可以说是一种挑战”，他在隧道中解释说。隧道里有许多类似星舰的设备和检查时骑的自行车。
欧洲核子研究中心CERN的超级计算机被赋予更高的性能，它肩负着数据分析的使命。而这之后，来自全球的物理学家们将共同整理分析结果，提高我们对物质世界的认识。
欧洲核子研究中心发言人James Gillies说：“我们想了解粒子的行为，为什么它们纠缠在一起就变成了 原子尺度的原子原子核，更大尺度的椅子、人和建筑物 还有更大尺度的行星、太阳系等等。”
欧洲核子研究中心的工作能是初学者摸不着头脑，但是我们的研究者总能简化问题。
Pierluigi Campana的团队刚刚完备的证明了标准理论(1970s提出的量子物理的基本理论框架)，他开玩笑说：“每个人都知道电子是怎么回事——尤其是他们摸电门的时候。”
他们能分辨的最小测量精度为1Bs——能检测到十亿粒子中一小把粒子成对衰变为U介子。对于专家们来说，其难度与俘获有上帝粒子之称的希格斯波色子不相上下。
有关希格斯波色子的标准理论是1964年由英国物理学家Peter Higgs和其他试图解释为什么有些基本粒子有质量，而有些基本粒子——比如光子——就没有(静止)质量。
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粒子获得质量就像蘸药水的叉子，在尘土飞扬的空气中举起。有的灰尘附着在叉子上，叉子就变粘了——“就获得了质量”。获得质量的粒子靠万有引力等结合在一起。
标准模型是值得信赖的理论，虽然他尚缺少对万有引力的解释，也不能解释暗物质和暗能量，但是他确实是迄今描述物质世界的最完备的理论了。
有些物理学家拥护超对称理论，即每一种基本粒子都有它的超对称伙伴(不太懂，欢迎指正)。
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上图为一名工人在LHC的一段管道内骑行
“我们的标准理论能描述所有我们周围的物质，这些普通的可见的物质组成了我们的宇宙。但除此之外，问题是，可见宇宙只占宇宙的5%。”
正负电子对撞机在1989~2000年间运行，大型强子对撞机(LHC)取代了他，并在20008年上线，然而运行过程中出现问题，进行了为期一年的检修。
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上图为一名科学家在图例前手势讲解LHC中的一些原理
在运行时，大型强子对撞机的碰撞水平能达到8TeV，相比之下，正负电子对撞机只能达到0.2TeV。在投入了50,000,000瑞士法郎(约合5400万欧元)更新后，估计能达到14TeV的水平，这意味着更强的碰撞与更清晰的照片。
“每一次我们达到一个重要的数据收集量以后，就会有人找借口打开一瓶香槟庆祝。”物理学家Joel Goldstein看着实验室墙角堆砌的空木箱说，“我们最终会把空间用尽的。”
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