本报讯 欧洲粒子物理中心（CERN）日前宣布，欧洲大型强子对撞机即将于2月底重新启动，并在2011年和2012年间以半负荷能量运行，而最初的计划是在2011年以设计能量的70%运行。《科学》杂志的文章指出，运行能量的减少降低了该中心的物理学家们争取第一个发现希格斯玻色子的机会，这是一种用于解释物质起源的假设粒子，被称为“上帝粒子”，美国费米国家加速器实验室也在努力寻找希格斯玻色子存在的证据。

 

作为目前世界上能量最强大的原子碰撞机，大型强子对撞机是一个国际合作项目，由来自80多个国家的物理学家、工程师和技术人员经过10年的努力建成，耗资高达55亿美元，由欧洲粒子物理中心负责运行。

 

建造这台大型设备的目的是探索宇宙起源，它将两束质子分别加速到7万亿电子伏特的极高状态，再使之对撞产生14万电子伏特的能量，是费米国家实验室对撞机能量的7倍。其能量状态可与宇宙大爆炸后不久的状态相比，物理学家将利用质子碰撞的产物，探索新物理世界，如寻找标准模型预言的希格斯粒子，探索超对称、额外空间维度等超出标准模型的新物理元素。

 

然而，大型强子对撞机的经历却是一波三折，有惊有险。它于2008年9月10日首次启动，在运行9天后，因发生电子设备故障而被迫关闭，经过一年多的修复，于2009年11月重新启动，成功使两束质子流加速到1.18万亿电子伏特（TeV）并碰撞，产生了2.36万亿电子伏特的能级，创造了质子流对能级的新纪录，之后又按计划在12月再次关闭，以节省电力开支。

 

从20世纪70年代末开始，欧美的物理学家一直在激烈竞争寻找希格斯粒子。美国费米国家实验室的万亿电子伏特对撞机（Tevatron collider）已有27年的运行历史，过去10年，实验室的物理学家们基本上每两年就将对撞机的碰撞能量提高一倍，目前运行的最高能量是7万亿电子伏特。2009年，在得知大型强子对撞机延期运行后，该实验室的科学家努力希望将Tevatron的运行延长到2011年，这一提议得到其主管机构——美国能源部的支持。然而，今年，他们并没有明确希望对撞机能运行到2012年，他们表示，新增一年所获得的数据比不上相应的费用。费米实验室的一位共同发言人说：“这并不表示我们正在离开，而是说我们希望进入2012年。”

 

斯蒂芬·梅尔是欧洲粒子物理中心技术和加速器部主任，他说，该中心新计划的目的是，在确保大型强子对撞机安全的同时收集有用的数据。尽管大型对撞机的设计能量为14万亿电子伏特，但该中心官员必须让对撞机在低能量状态下运行，以确保系统中有缺陷的内部电子连接不会出问题。2008年9月，当对撞机首次循环粒子时，其中一个内部连接被熔化，研究人员用了14个月的时间才将之修复。中心的官员原计划在2010年以7万亿电子伏特的能量再启动对撞机，然后将之升高到10万亿电子伏特，现在，他们准备一直让对撞机按7万亿电子伏特运行到明年。

 

梅尔说，这次启动后，大型强子对撞机将持续运行，直到实验物理学家采集到足够的数据，以探测希格斯玻色子的存在，之后将关闭一年，工人们将全部置换系统中大约1万个内部连接，让大型强子对撞机能够在2013年在14万亿电子伏特的能量状态下运行，“这样做，我们需要时间设计所有的新连接线路，确保万无一失”。

 

如今，为了继续提高探测到某种新现象的机会，未来两年中，费米实验室的物理学家需要再稳定提高其加速器的碰撞速率，并将现有的数据量增加一倍。但是，Tevatron对撞机的碰撞速率已经到达了一个平稳期，将之运行到2012年只能增加大约25%的相关数据。而且，实验室主任皮耶·奥登认为，这样做会分散微中子实验和其他项目的资源。

 

无论如何，费米实验室的物理学家并不打算放弃，如果数据开始显示希格斯玻色子或其他新粒子存在的线索，那么向前迈进也许是有意义的，而且，如果大型强子对撞机再出现别的灾难，那么费米实验室的对撞机将是物理学家的另一个选择。奥登说：“我们真的打算让Tevatron再运行3年吗？我不希望这样做。”对此，能源部要在几个月后才决定是否让Tevatron在2012年继续运行。

 

《科学时报》 (2010-2-26 A4 国际)