歐洲核子研究中心LHCb實驗的波束管 圖片來源：Maximilien BriceCERN
本報訊 在經過3年的機器升級後，歐洲核子研究中心（CERN）重新啟動了世界上最強大的粒子對撞機。此次大型強子對撞機（LHC）的質子束將以更高強度運行，並記錄粒子碰撞的能量。物理學家希望以此在最小尺度上更多地了解宇宙，並揭開暗物質性質等謎團。
7月5日，在位於瑞士日內瓦附近的實驗室里，物理學家打開了探測器，開始採集數據。這是繼2009~2013年和2015~2018年之後的第三次實驗。「我們感覺這是第一次打開了一扇了解宇宙的窗口，看看它是由什麼組成的。」英國利物浦大學粒子物理學家、LHCb合作組織成員Tara Shears說。LHCb合作組織專門研究一種名為「b」或「美」夸克的基本粒子行為。
更緊密的質子束將使LHC在更長時間內保持峰值碰撞率，從而使此次實驗收集到的數據比前兩次加起來的還要多。此次碰撞能量為13.6萬億電子伏（TeV），高於上一輪的13TeV，提高了產生更重和未知粒子的概率。
物理學家將利用大量的數據更多地了解希格斯玻色子。希格斯玻色子是CERN在10年前發現的，關於希格斯玻色子還有無數疑問有待理清。他們將應用新的分析技術尋找標準模型之外的物理現象，探索一系列與理論不符的異常現象。
如果這些異常現象是真實的，那麼它們就可以幫助物理學家解釋標準模型無法解釋的宇宙神秘特徵，比如為什麼物質無處不在，而反物質卻很稀少。但如果異常現象是由於偶然波動產生的，那將會看到這些跡象逐漸消失。
自4月以來，粒子束一直在LHC中循環，並發生了一些碰撞。但直到今天，人們才宣布其足夠安全，可以啟動實驗。其中包括ATLAS（環形LHC裝置）和CMS（緊湊型繆子螺線管探測器）實驗，這是LHC的通用實驗，旨在研究廣泛的物理。
粒子束會破壞探測器和機器，所以工程師剛開始要十分謹慎，只循環最少數量的質子。CERN加速器和技術主管Mike Lamont說，這一數量在今年內還會增加。最終，這種微小粒子束的能量將相當於一列以每小時150公里速度行駛的火車的能量。
在關閉期間，CERN團隊升級了加速器複合體，該複合體產生並加速粒子束。這包括安裝一種新的質子源，以取代自1978年以來一直在CERN中使用的技術。
物理學家升級了LHC實驗的探測器，以應對更大的碰撞強度。在ATLAS和CMS實驗中，LHC將以每秒4000萬次的速度對撞大約1000億個質子。每一個粒子將產生大約60個質子—質子碰撞，每一次碰撞將產生數百個粒子。
LHC將運行4年，直到碰撞停止，為升級到更密集的機器——高亮度LHC讓路。這台機器將於2029年開始運行，最終產生的數據將是LHC前3次運行數據總和的10倍。
（李木子）
《中國科學報》 (2022-07-07 第1版 要聞)