總能量達七兆電子伏特 ＬＨＣ成功對撞年底前要暗物質現形

2010-03-31 14:05 作者:閻紀宇

被視為本世紀最重要科學研究之一的大強子對撞機 LHC（ Large Hadron Collider ）實驗，臺灣時間30日下午，在瑞士、法國交界處的歐洲核子研究中心，地下100公尺深、長 達27公里的環形隧道內，再度啟動。

人類高能物理學與粒子物理學研究卅日開啟新紀元，位於法國與瑞士邊界的「大強子對撞機」（Large Hadron Collider，ＬＨＣ）中歐夏令時間卅日下午一時六分，讓兩束能量各達三．五兆電子伏特（TeV）的質子束以逼近光速的速度對撞，總能量達到七兆電子伏特，一舉打破歷來所有粒子加速器的記錄。

對撞能量破記錄 邁向全新探索領域

如此高能量的對撞可望產生未知的基本粒子與物理效應。負責ＬＨＣ建造與運轉的歐洲粒子物理研究中心（ＣＥＲＮ）主任豪爾說：「今天是粒子物理學家了不起的一天。許多人對這一刻期待已久，他們的耐心與努力終於有了回報。」

這次對撞是由ＬＨＣ的超環面儀器（ＡＴＬＡＳ，又稱超導環場探測器）偵測並記錄，部門發言人賈諾蒂女士說：「擁有這種破記錄的對撞能量之後，ＬＨＣ的實驗踏進一個浩瀚的領域，開始探索暗物質、新作用力、新維度與希格斯玻色子。」

捕捉「上帝粒子」 要等二○一三年後

ＣＥＲＮ物理學家布許繆勒更樂觀表示，研究團隊今年底之前就可望讓暗物質現形。至於希格斯玻色子則需更高能量的對撞，可能要等到二○一三年之後。

暗物質約佔宇宙總質量二三％，遠高於一般物質的四．六％，但因完全不發射任何電磁波，目前只能透過重力效應測知其存在。希格斯玻色子則是粒子物理學標準模型（Standard Model）中，最後一種雖經理論預測但尚未發現的粒子，攸關物質為何具有質量的奧祕，又有「上帝粒子」之稱。

可望驗證超對稱粒子 模擬「大霹靂」

對於可能代表新空間維度的較重粒子，目前其他的加速器只能偵測到一兆電子伏特，而ＬＨＣ可望將這個質量上限提高一倍，還可望驗證粒子是否有相對應的超對稱（ＳＵＳＹ）粒子，模擬宇宙肇始的「大霹靂」狀態。

未來ＬＨＣ將持續運轉十八到廿四個月，累積大量實驗資料，供全球物理學家深入研究，然後停機維修一段時間，徹底解決兩項設計與建造的疏失。一旦重出江湖，ＬＨＣ將挑戰下一座里程碑，嘗試總能量十四兆電子伏特的質子對撞，將人類物理學研究推向另一個新領域。

ＬＨＣ造價約一百億美元，堪稱史上最昂貴的機器，主體結構是一道廿七公里長、供質子繞行對撞的地下環型隧道，二○○八年九月十日正式啟用。先前有人言之鑿鑿，聲稱ＬＨＣ會製造出黑洞或奇異物質（strangelet），導致地球毀滅，ＣＥＲＮ則強調這類風險微乎其微，杞人憂天實無必要。