总能量达七兆电子伏特 LHC成功对撞年底前要暗物质现形


被视为本世纪最重要科学研究之一的大强子对撞机 LHC( Large Hadron Collider )实验,台湾时间30日下午,在瑞士、法国交界处的欧洲核子研究中心,地下100公尺深、长 达27公里的环形隧道内,再度启动。

人类高能物理学与粒子物理学研究卅日开启新纪元,位于法国与瑞士边界的“大强子对撞机”(Large Hadron Collider,LHC)中欧夏令时间卅日下午一时六分,让两束能量各达三.五兆电子伏特(TeV)的质子束以逼近光速的速度对撞,总能量达到七兆电子伏特,一举打破历来所有粒子加速器的纪录。

对撞能量破纪录 迈向全新探索领域

如此高能量的对撞可望产生未知的基本粒子与物理效应。负责LHC建造与运转的欧洲粒子物理研究中心(CERN)主任豪尔说:“今天是粒子物理学家了不起的一天。许多人对这一刻期待已久,他们的耐心与努力终于有了回报。”

这次对撞是由LHC的超环面仪器(ATLAS,又称超导环场探测器)侦测并记录,部门发言人贾诺蒂女士说:“拥有这种破纪录的对撞能量之后,LHC的实验踏进一个浩瀚的领域,开始探索暗物质、新作用力、新维度与希格斯玻色子。”

捕捉“上帝粒子” 要等二○一三年后

CERN物理学家布许缪勒更乐观表示,研究团队今年底之前就可望让暗物质现形。至于希格斯玻色子则需更高能量的对撞,可能要等到二○一三年之后。

暗物质约占宇宙总质量二三%,远高于一般物质的四.六%,但因完全不发射任何电磁波,目前只能透过重力效应测知其存在。希格斯玻色子则是粒子物理学标准模型(Standard Model)中,最后一种虽经理论预测但尚未发现的粒子,攸关物质为何具有质量的奥祕,又有“上帝粒子”之称。

可望验证超对称粒子 模拟“大霹雳”

对于可能代表新空间维度的较重粒子,目前其他的加速器只能侦测到一兆电子伏特,而LHC可望将这个质量上限提高一倍,还可望验证粒子是否有相对应的超对称(SUSY)粒子,模拟宇宙肇始的“大霹雳”状态。

未来LHC将持续运转十八到廿四个月,累积大量实验资料,供全球物理学家深入研究,然后停机维修一段时间,彻底解决两项设计与建造的疏失。一旦重出江湖,LHC将挑战下一座里程碑,尝试总能量十四兆电子伏特的质子对撞,将人类物理学研究推向另一个新领域。

LHC造价约一百亿美元,堪称史上最昂贵的机器,主体结构是一道廿七公里长、供质子绕行对撞的地下环型隧道,二○○八年九月十日正式启用。先前有人言之凿凿,声称LHC会制造出黑洞或奇异物质(strangelet),导致地球毁灭,CERN则强调这类风险微乎其微,杞人忧天实无必要。

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