2010年3月30日，对位于法瑞边境的欧洲核子研究中心乃至全球物理学界，是载入史册的一天。该中心大型强子对撞机成功进行了总能量为7万亿电子伏特的质子束流对撞,这是迄今世界最高能量的类似试验。成功的消息令为此花费十多年辛勤汗水的科研人员们兴奋不已，“本次试验是人类向探索未知世界又迈出的一大步。”“我们
全球最大的粒子对撞机
欧洲核子研究中心大型强子对撞机是世界上最大的粒子加速器系统。该项目总投资超过50亿美元，来自几十个国家和地区近万名科研人员和工程师参与了对撞机及其4个大型粒子物理实验探测器的建设。整个设施建在地下100米处，环形轨道总长27公里，由9593根长度不一的超导磁铁部件构成,这些部件旨在加速两束质子束流沿环形束流管做平行反向运行和聚焦束流。
质子束运行速度近似光速,每秒沿27公里长的轨道转1.1万多圈,即质子束运行10小时的里程相当于从地球到海王星跑个来回；两个平行反向束流会在4个对撞点实现对撞，对撞后产生的碎片(即次级粒子)被4个体积庞大的实验探测器加以鉴别和测量,科研人员可据此研究对撞时产生的奇特现象,发现是否存在未知粒子、甚至探讨宇宙起源等。
质子束是从世界上最轻的氢元素中剥离电子而取得氢的原子核(即质子),上亿个这样的质子收集在一起就形成了“质子包”,成千上万个“质子包”构成的“质子束”通过5级加速才能达到最终需要的速度和能量。第一级是直线加速,把静态“质子包”迅速提速到三分之一的光速,然后再经过周长逐步加大的4个环形加速器分级加速,最后一级加速是在低温(负271摄氏度)超导设备中进行的,此时“质子包”被分别注入两条平行的轨道做反向运转,对撞时2束质子束流的能量将高达7万亿电子伏特（该对撞机的设计能量）,相当于两列重400吨的火车以150公里时速正面相撞的能量。
对撞时达到的能量对应于高达1000万亿摄氏度的温度，比太阳中心温度还高10亿倍；超导磁铁工作温度为负271.3度，仅比绝对零度高1.9度，比宇宙间的星际温度（负270.5度）还低；冷却系统使用的液态氮和氦的重量分别约达1万吨和120吨；束流真空环内的压力为10-13个大气压，比月球表面的真空压力还要低10倍；这个庞大系统耗电惊人，用电功率为120兆瓦，开机1小时用电量为12万度电，因此该中心每年仅电费账单约在2000万欧元左右。
高速质子束流在直径仅为几个厘米的环形束流管内运行需要强磁场来使质子偏转,而强电磁场又需要由高电流来产生,高电流只有使用几乎“无电阻”的超导材料才不会产生高热。2008年9月的试验中,由于在五万多处超导导线接头中有一处连接不当而产生了一个非常小的电阻,上万安培的电流使这个小电阻产生高温而击穿冷却管路,导致大量液氦泄漏,拟进行的质子对撞试验被迫停止达14个月之久。
整个系统的冷却过程不是“一蹴而就”,需要三四周的时间,升温过程也是如此。当发生事故或设备检修时,上述升降温过程就需两个月,这还不包括从地下拆除设备、分析事故原因、维修或订购新器件以及重新安装设备、检测调试等程序。
为了让人们直接感知本项目的投资意义，该中心列出了一些全球重大项目的投资费用比较。美国分别为“奋进”号航天飞机和哈勃太空望远镜投入了17亿美元和15亿美元，建造一艘大型核动力航空母舰约需27亿美元，横跨瑞典和丹麦的长度仅为8公里的厄勒海峡大桥耗资53亿美元，当今世界最高的（828米160层）迪拜“哈利法塔”摩天大楼造价15亿美元。
“团结的欧洲”发出自己的声音
二战结束后，欧洲在基础物理研究领域渐处落后局面。为此，欧洲部分科学家和政界人士开始构想成立欧洲原子物理实验室。当时主流观点认为，这一创举不仅可以“团结欧洲”,而且还可共同面对核物理“高付出”的困境。1949年,欧洲文化会议在瑞士洛桑举行，法国诺贝尔奖得主物理学家德布罗意提出了首个正式建议。1950年6月，联合国教科文组织表态对该建议予以积极响应，次年12月创建“欧洲核子研究理事会”（简称CERN）的首个决议被通过。两个月后，11个国家签署了成立临时理事会的协议，CERN名字从此诞生并因便于记忆和朗读一直被沿用至今，尽管其正式名称从1954年起已改为“欧洲核子研究组织”。1952年11月临时理事会决定把未来实验室的选址定在日内瓦，经日内瓦州全民公投通过后，次年11个成员国通过了欧洲核子研究理事会公约。1954年9月29日，在法国和德国的批准下“欧洲核子研究组织”正式宣告成立并替代此前名称。
欧洲核子研究中心是世界上规模最大的一个国际性科学实验组织，宗旨是为欧洲国家在纯科学性和基础性的亚核（原子核及其更深层次）研究及相关领域提供合作，有关实验和理论研究成果均公开发表。该中心由最初欧洲11个创始国发展到现有20个成员国和约70个非成员国,经费由各成员国按国民生产总值分摊，机构领导由理事会任命，任期5年，下设管理、研究和实验等委员会。经过50余年发展,该中心先后建成了质子同步回旋加速器（SC）、质子同步加速器（PS）、交叉储存环（ISR）、超质子同步加速器（SPS）、大型正负电子对撞机（LEP）以及大型强子对撞机（LHC），并曾拥有世界上最大的氢气泡室（BEBL）。
建造大型强子对撞机的想法可追溯到上世纪80年代初，当大型正负电子对撞机还正在建造之时，科学家们就已构思着重新利用27公里长的隧道来安装一套能量更高的加速器。1984年实施该构想的可行性研究正式启动，1989年首个实验合作组的雏形问世。1994年该中心理事会批准建造此项目，1995年之后得益于美、加、印、俄、日等非成员国的帮助，理事会决定将“一气呵成”地建造该项目，并在随后几年先后拆除了原有地下设备和设计、安装、调试了新加速器，建成了4个庞大的探测器。2008年地下轨道完成了负271摄氏度低温测试，但在9月的调试中发生了冷却系统事故,对撞试验被迫中止。去年11月系统重新启动并实现了每束流1.18万亿电子伏特的首次对撞，今年3月19日单个质子束流被加速到3.5万亿电子伏特的能量，月底再次创纪录地进行了总能量为7万亿电子伏特的对撞试验。
汇集全球一半的粒子物理学家
欧洲核子研究中心目前有2000多名工作人员，科研技术人员负责设计和建设粒子加速器并保障有效运行，同时还承担准备和实施复杂的科学试验及其结果的分析与解释等。该中心还吸引了来自85个国家和地区580多个科研机构和大学约8000名访问学者来此从事科学研究，约为全球一半数量的粒子物理学家。
作为非成员国，中国一直与该中心保持着良好合作关系。十多年以来，来自中国科学院高能物理所、北京大学、南京大学、山东大学、中国科技大学、清华大学、华中师范大学、华中理工大学、中国原子能科学研究院等单位数十人在此参与了4个大型实验的科研合作。其中，中国科学院高能物理所和北京大学从上世纪90年代中期开始参加由30多个国家180多个单位3000多名科技人员组成的CMS(紧凑型缪子螺旋管磁铁)实验国际合作组，这是4个大实验中的两个大型通用(可以全方位研究各种粒子物理课题)实验之一，耗资5亿多美元。
50多年科研历程为人类社会发展作出重大贡献。1973年该中心科研人员发现了核子间的中性流，10年后又发现W粒子和Z粒子，在此工作的两位物理学家卡洛・鲁比亚和范・德梅尔为此获得了1984年的诺贝尔物理学奖。1995年该中心制成了世界上第一批反物质（反氢原子），揭开了人类研制反物质的新篇章。尽管现在很难预测此类研究成果会对人类社会产生何种直接可预见的影响,但可以肯定的是,高能粒子物理研究过程催生了一些实用的科研“副产品”。互联网的飞速发展得益于“万维网”（WWW）的发明，在此中心工作的英国科学家伯纳斯－李1989年开发了WWW这一概念并随后实现了网上信息资源共享。几年前，科研人员又参与研发了“计算网格”技术。因为粒子对撞实验会产生“海量”的实验数据,“借用”世界上广泛分布的计算机以实现计算资源共享的想法应运而生。“大型强子对撞机计算网格”系统前年底宣布建成,汇集了世界上几十万台电脑，实现了计算模式的伟大创新。
试图揭示宇宙起源
实验粒子物理(即高能物理)这样的基础物理研究发展到当今,越来越需要国际科研合作,而单一国家很难在此领域有所突破。目前全球正在运转的供高能物理研究的加速器还建造在美国费米国家加速器实验室（FNAL）、日本高能加速器研究机构（KEK）和北京正负电子对撞机国家实验室（BEPC）等，全球科学家们努力利用这些机器探究物质深层微观结构。
宛如广袤的宇宙空间――从地球到太阳系、再从银河系到星际天空，微观物质世界也存在无限的奥秘。目前人类认知已从分子到原子、从原子核到核子、再从质子、中子到夸克、轻子和胶子，还有很多理论上预言的粒子（可能是更小的粒子）在实验上还没找到。例如，当前物理学家们努力寻找的粒子之一就是给予各种基本粒子以质量的“希格斯玻色子”，也称“上帝粒子”。这是英国物理学家彼得・希格斯40多年前提出理论假设中所预言的未知粒子，目前人们正在试图验证它是否存在。
人类还远未充分认识物质世界。据该中心资料介绍，在人类未知的96%的宇宙空间中，有70%的宇宙是由一种新形式的能量――“暗能量”所组成，而剩下26%的部分则是“暗物质”；与正常物质不同，“暗物质”凭借普通技术手段无法观测。
人类探索物质世界的步伐从未停止过。每当基础物理研究产生重大突破时,人类社会的进步就会发生质的飞跃。人们至今不会忘记牛顿、爱因斯坦、居里夫人等著名科学家，牛顿解释了重量与质量的关系、爱因斯坦推出了能量与质量的著名方程式（E=mc2）、居里夫人的发现推动了核能开发与利用。在构成物质深层微观结构的基本粒子研究上，当代粒子物理学家们正在试图找到一些科学答案：解释质量来源和寻找各种未知粒子等,这有助于进一步探讨宇宙起源。
科学家们的努力也引起民间疑惑。普通民众担心类似“黑洞”、“反物质”、“磁单极”和“真空泡”等各类猜想。比如，高能粒子对撞产生的“黑洞”会把现实世界“吞噬”掉；大到犹如地球体积的“反物质”会与地球“湮灭”，使之成为一团光；等等。
正在该中心参加大型强子对撞机上CMS探测器运行值班的北京大学钱思进教授对此解释说，这些担忧完全无必要。大型强子对撞机达到的束流能量，是日常宇宙射线“轰击”到地球的一些粒子能量的千万分之一，地球经受了几十亿年的“考验”；而“微观黑洞”只是一个理论假说，即使存在，它的特性也与星系间的大尺度“宏观黑洞”截然不同，其体积比质子还小，且寿命极短，转瞬即逝，不会给现实世界留下任何影响和痕迹。反物质亦如此，这里的科学家奋斗了十几年，至今也仅制造出最多10-20克的反氢原子,即使再努力10亿年，也只能造出不多于10-12克的反氢。
“大型强子对撞机在今后十几年中将是全球粒子物理学家探索微观未知世界最重要的工具。”钱思进继续强调，这次成功对撞只是“万里长征刚走出了第一步”；3月30日当天,4个探测器就记录了数百万的对撞事例；待束流稳定之后，每秒将进行数亿次对撞，对撞机将连续运行近2年；本次试验只达到对撞机设计能量的一半,三年后的对撞能量有望满足设计指标（即14万亿电子伏特），之后仍需数年来提高束流强度；在所有设计指标都达到后，大型强子对撞机将至少连续运行15到20年，并尝试升级到更高指标。
欧洲核子研究中心
实验探测器设备安装现场
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