眾所周知，自從LHC首次實現(xiàn)了高能的質(zhì)子-質(zhì)子對撞，開啟了粒子物理學(xué)的全新時代。從反物質(zhì)到暗物質(zhì)，從希格斯玻色子到早期宇宙，都是LHC的探索目標。在法國和瑞士邊界的地下深處，運行著世界上最大(周長27公里)、能量最高的粒子加速器——大型強子對撞機(LHC)。
在LHC內(nèi)，科學(xué)家的目標是要讓大量的質(zhì)子進行對撞，它們之間的碰撞次數(shù)越多，也就越有機會觀測到一些罕見的事件。但在對撞之前，質(zhì)子會被加速到接近光速的速度。帶正電荷的質(zhì)子會在電場中加速，并在磁場的引導(dǎo)下繞著環(huán)形的隧道加速前進。
在過去十年里，科學(xué)家收集了海量的粒子碰撞數(shù)據(jù)，取得了許許多多的學(xué)術(shù)成果，加深了我們對基礎(chǔ)物理學(xué)的理解。而其中這三個結(jié)論或許是最為重大：
成功證明了此前粒子物理學(xué)標準模型缺失的最后一塊——希格斯玻色子的存在;
進一步鞏固了標準模型的有效性，并未發(fā)現(xiàn)任何超越標準模型的證據(jù);
在標準模型的框架之內(nèi)，LHC以前所未有的精度探測到了一些新的現(xiàn)象，這些結(jié)果擴展和加深我們對標準模型的理解。
預(yù)計在LHC結(jié)束它的使命之前，未來還將有近20個項目在這里展開。目前，這一巨大的、全球性的實驗室給物理學(xué)帶來了巨大的影響。接下來，我們跟隨著一些數(shù)字來了解LHC：
~ 800萬
在LHC投入運行的不久后，ATLAS和CMS項目就在2012年7月作出了這個世紀最偉大的發(fā)現(xiàn)之一——證明了希格斯玻色子的存在。它標志著長達數(shù)十年對希格斯玻色子探索的結(jié)束，也開辟了新的探索前景。在剛剛發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子時，科學(xué)家對這種粒子的性質(zhì)和相互作用知之甚少;八年過去了，隨著對希格斯玻色子的了解的深入，我們對于整個基礎(chǔ)物理學(xué)領(lǐng)域的理解也變得更加清晰。
一個有趣的問題是，LHC究竟產(chǎn)生了多少個讓科學(xué)家苦苦尋找了如此之久的希格斯玻色子呢?
這個數(shù)字是800萬左右。雖然不可能確切知道LHC產(chǎn)生的希格斯玻色子的實際數(shù)量，但通過標準模型的方程，科學(xué)家可以預(yù)測LHC應(yīng)該產(chǎn)生了多少希格斯玻色子。在計算中，科學(xué)家把所有可能產(chǎn)生希格斯玻色子的過程，每種過程產(chǎn)生希格斯玻色子的可能性，碰撞的能量以及碰撞次數(shù)的總和都考慮了在內(nèi)。
通過這些計算，科學(xué)家精確地定義了希格斯粒子的質(zhì)量、電荷、自旋和半衰期。他們還在繼續(xù)研究希格斯粒子與其他粒子的不同作用方式，并將其作為尋找超越標準模型的新物理學(xué)的重要工具。
278
這個數(shù)字代表數(shù)據(jù)量。在過去的十年里，LHC的實驗收集了278PB的數(shù)據(jù)。這意味著科學(xué)家需要處理和分析的數(shù)據(jù)量非常龐大。
2725
隨著LHC的科學(xué)家不斷地梳理數(shù)據(jù)，研究那些罕見的現(xiàn)象，以及尋找新的物理學(xué)，每周他們發(fā)表學(xué)術(shù)論文的數(shù)量都在穩(wěn)步增長。這些論文中也包括成千上萬的學(xué)生在獲取博士學(xué)位征途上所完成的工作。到目前為止，產(chǎn)生了2725篇學(xué)術(shù)論文。
75億
物理學(xué)家的研究離不開強大的計算能力，他們對計算能力的需求遠遠超過我們?nèi)粘Ｋ玫臉藴使P記本電腦所能支持的。每天都有數(shù)千名物理學(xué)家向全球LHC計算網(wǎng)格(WLCG)提交約200萬項“工作”，每項“工作”都是科學(xué)發(fā)展的重要組成部分。
39.5萬兆
LHC的四個主要實驗所發(fā)生的碰撞次數(shù)總共大約為39.5萬兆次，更“專業(yè)”地說，這相當于395 fb?1，fb?1是核物理學(xué)中常用的面積單位，1 fb?1相當于100萬億次撞擊。
這是個怎樣的數(shù)量級呢，作為比較，我們可以參考LHC的前身——位于美國能源部費米國家加速器實驗室的Tevatron加速器在歷時25年的質(zhì)子-反質(zhì)子對撞過程中，它為兩個實驗提供了大約20 fb?1，這在當時是史無前例的。而現(xiàn)在，僅ATLAS或CMS這兩個實驗(~190 fb?1)記錄的碰撞次數(shù)就遠遠超過了Tevatron的記錄。
1
當LHC在運行時，會有300多萬億個質(zhì)子會沿著加速器的兩個束管環(huán)繞。有趣的是，如此龐大的天文數(shù)字所對應(yīng)的質(zhì)量卻是相當之小，即使把自2010年以來LHC加速過的所有質(zhì)子加起來，其質(zhì)量也只有1微克左右，其大小只相當于一顆花粉而已。
>300
CERN的知識轉(zhuǎn)移部門會與學(xué)術(shù)和工業(yè)組織合作，為在CERN開發(fā)的技術(shù)尋找可用于粒子物理研究之外的用途。自2010年以來，CERN已經(jīng)與安全、醫(yī)學(xué)技術(shù)和航空航天工程等領(lǐng)域的大學(xué)和公司簽署了300多份知識轉(zhuǎn)移合同。一個值得一提的合作是一個父子醫(yī)療團隊，他們在2018年使用CERN Medipix讀取芯片，開發(fā)了世界上第一個3D彩色X射線。
~ 1000萬
歐洲核子研究中心的餐廳每天要消耗大約30公斤咖啡。一公斤咖啡通常可以煮120到140杯咖啡，也就這里每天大約消耗4000杯!在過去十年間，這里共消耗了約1000萬杯咖啡。
10329 & 2947
歐洲核子研究中心的國家和國際教師項目歡迎教師團體到實驗室進行為期三天到兩周的活動。在他們逗留期間，教師們參觀實驗，與物理學(xué)家交談，并討論如何將現(xiàn)代物理學(xué)引入他們的教室。10329名教育工作者參加了這項活動。除了教育工作者外，這10年來，也有2947名來自世界各地的本科生參加了CERN的暑期學(xué)生項目。這些學(xué)生可以全身心地投入到真正的一線科學(xué)研究，了解前沿的粒子物理學(xué)，并在此過程中能受到最專業(yè)的培訓(xùn)、輔導(dǎo)和指導(dǎo)。
100萬+
LHC除了是世界上最著名的物理實驗室之一，還是一處重要的“觀光勝地”。在過去十年，歐洲核子研究中心通過其公眾參觀計劃，用32種語言接待了超過45000次參觀，讓100多萬名游客得以了解這個世界上最大的物理實驗室是如何工作的。在兩個特別的開放日周末——一個在2013年，另一個在2019年——歐洲核子研究中心平均每天接待36000名游客!這與巴黎迪士尼樂園的日均游客人數(shù)大致相當。
開放日期間，參觀者可參觀大型強子對撞機隧道等多處地點，而這些地方通常只有有授權(quán)的工作人員才能進入。如果有實力的讀者，可以去參觀一下。
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