CERN,粒子物理的“51区”

欧洲核研究组织60年作者：施郁来源：《科学》2015年第02期提到CERN，人们都知道是发现“上帝粒子”（即希格斯粒子）的地方。

在中国。

经常把CERN称作“欧洲核子研究中心”。

其实CERN的全称是“欧洲核研究组织”。

它的简称本来应该是OERN，但因为不好读，所以根据著名物理学家海森伯（W.K.Heisenberg）的建议，直接沿用了之前已经闻名世界的筹备机构“欧洲核研究委员会”的简称CERN。

因此CERN简称中的C 来自于“委员会”（conseil），而不是很多人以为的“中心”（center）。

CERN正式成立于1954年9月29日。

2014年是它诞生60周年。

CERN成立后，研究领域以高能粒子为主，因此实验室也被称为欧洲粒子物理实验室。

CERN是目前世界上最大的实验室，位于瑞士日内瓦。

其大型强子对撞机（Large Hadron Collider，LHC）跨越瑞士和法国两个国家。

目前正式成员国包括20个欧洲国家以及以色列，另外有1个候选成员国（candidate member state）和几个协联成员国（associate member states）。

还有很多国家与CERN有合作关系。

2013年，实验室有两千多名全职工作人员、一千多名兼职人员，以及一万多名来自世界各国的协联成员和访问学者。

大型科学设施60年间，CERN取得了很多成就，对这个时期的粒子物理研究立下了汗马功劳。

这些成就的取得当然是建立在大大小小的科学设施基础之上的，所以先检阅一下CERN迄今主要的科学设施。

先看看探测装置。

1950-1960年代，主要用气泡室探测粒子。

气泡室装满液体，粒子经过时会产生气泡，从而可用来探测粒子的路径，拍下粒子径迹的照片。

以下是CERN用过的气泡室。

氢气泡室（Hydrogen Bubble Chamber，HBC）。

1959年开始使用，直径30厘米。

1964年后的12年中，改换成更大的HBC 200，它有2米长，总共拍摄了4000万张照片。

世界著名的物理实验室（二）引言概述:本文将介绍世界上著名的物理实验室，以帮助读者了解这些实验室在物理研究方面的重要性和影响力。

本文将分别从以下五个大点展开探讨：1. CERN（欧洲核子研究组织）；2. 美国费米实验室；3. J-PARC（日本高能物理研究中心）；4. 德国马克斯·普朗克研究所；5. 欧洲同步辐射装置。

1. CERN（欧洲核子研究组织）- 位于瑞士和法国边境地区，是世界上最大的粒子物理实验室之一。

- CERN的主要设施包括大型强子对撞机（LHC）和阿尔法实验室等。

- 研究人员在CERN进行重要的粒子物理实验，例如寻找希格斯玻色子和探索暗物质。

- CERN还积极推动国际合作，为全球科学家提供开放的研究和合作平台。

2. 美国费米实验室- 位于美国伊利诺伊州，是美国能源部的国家实验室之一。

- 费米实验室的主要研究领域是高能物理和加速器技术。

- 实验室拥有强大的粒子加速器设施，如德州超导超环加速器（TESLA）和粒子注入器。

- 研究人员在费米实验室进行各种实验，包括探索新粒子、研究物质的基本结构等。

- 费米实验室还与其他实验室和机构进行广泛的合作，促进科学研究的发展。

3. J-PARC（日本高能物理研究中心）- 位于日本茨城县，是亚洲最大的高能物理研究中心之一。

- J-PARC的主要设施包括加速器综合研究设施和中子科学设施。

- 实验室的研究领域包括核物理、素粒子物理、中子科学等。

- J-PARC的研究人员通过进行各种实验，例如加速器驱动的中子源实验等，推动科学的进展。

- J-PARC也与其他国际实验室和机构开展广泛的合作项目。

4. 德国马克斯·普朗克研究所- 马克斯·普朗克研究所是德国最大的自然科学研究机构之一。

- 研究所的物理学部门开展了许多重要的研究项目，例如量子物理学和凝聚态物理学。

- 研究人员在马克斯·普朗克研究所有多个实验室进行各种物理实验，以推动科学的发展。

地下“粒子物理王国”：制造迷你版宇宙大爆炸这里——欧洲原子能研究中心，聚集着世界顶尖科学家，他们因发现“上帝粒子”，从而重新定义了宇宙与人类。

这里，借助大型强子对撞机，这一现世界最大、能量最高的粒子加速器，随时在上演实验室微缩版“宇宙大爆炸”。

质量的起源是什么?为什么微小粒子拥有质量，而其它一些粒子却没有这种“待遇”?对于这些宇宙之谜，人类从来没有放弃探索。

在瑞士日内瓦的欧洲原子能研究中心(CERN)就聚集了一帮世界顶尖科学家，几十年来，上下求索，探究宇宙奥秘。

CERN震惊物理界的成果，当属利用大型强子对撞机(LHC)发现了希格斯玻色子。

这种亚原子粒子又被称为“上帝粒子”。

它的发现，为粒子拥有质量提供了最强大的佐证。

每年4月启动，12月中旬停下来，这个庞大的科研大机器在遥远的瑞士日内瓦不舍昼夜地运转着。

借助于对撞机产生的前所未有的能量，随时在上演实验室微缩版“宇宙大爆炸”。

日前，华西都市报记者有幸在研究中心的中方研究员、北京大学教授钱思进和粒子物理学家任忠良博士的带领下，零距离探访这神秘的地下“粒子物理王国”。

如何制造宇宙大爆炸借助大型强子对撞器，这里的科学家们得以制造“迷你版”宇宙大爆炸之后的瞬间状况，从而探究“暗物质”，“暗能量”等宇宙之谜。

记者到访时，正值瑞士隆冬。

研究中心被茫茫白雪覆盖，看起来有些寂冷，而中心内的学术气氛却是分外浓烈，随时可见不同肤色、不同装束的学者聚在一起，操各种口音的英语或法语讨论问题。

记者此行想要探访的大型强子对撞器就坐落在日内瓦附近瑞士和法国的交界朱拉山地下100米深、总长27公里的环形隧道内。

它在2008年5月投入运行后，一年工作从4月底开始启动，一直运行到12月份中旬停下来。

钱思进教授详细阐述了大型强子对撞机的对撞原理和路径。

首先，从氢气瓶中产生一束质子包，注入到加速器系统里面去加速。

质子沿着环形隧道行进，不断加速，持续获得能量。

“和大家想象中不一样，质子进入加速器后并不是沿着一条直线运行的。

对撞机实验中的粒子物理探索随着科学技术的发展，人们对宇宙的探索也越来越深入。

粒子物理作为物理学的重要分支，研究微观领域的基本粒子和它们之间的相互作用，为人类认识宇宙奥秘提供了重要的思路和方法。

而在粒子物理研究中，对撞机实验成为了一种重要的手段，为科学家带来了丰富的数据和新的发现。

对撞机实验的基本原理是利用强大的加速器加速粒子，使其达到高能状态，然后使两束高能粒子相互碰撞。

在碰撞过程中，粒子之间的能量转换和转移引发了各种物理现象，这些现象可以被探测器捕捉到并记录下来。

通过分析数据，科学家可以了解粒子的性质、相互作用规律以及宇宙的演化过程。

对撞机实验中最为著名的设施包括位于欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）和位于美国费米国立加速器实验室（FNAL）的提升子对撞机（Tevatron）。

这些设施具备了将粒子加速到极高能量的能力，因此能够产生超高能量的反应，探测粒子的微观结构。

在对撞机实验中，科学家一直致力于研究基本粒子的特性和相互作用规律。

通过将粒子碰撞到超高能状态，科学家可以观察到一些非常稀有的现象，例如曾被预言的希格斯玻色子的发现。

2012年，LHC上的ATLAS和CMS探测器宣布发现了质量为125个质子质量的希格斯玻色子，这是对撞机实验的一大重大突破，对解开粒子物理学谜团具有重要意义。

除了对粒子进行探测研究外，对撞机实验还可以帮助科学家研究宇宙的起源和演化。

根据宇宙大爆炸理论，宇宙在起初的瞬间是极高能状态，而对撞机实验中的高能碰撞可以模拟这一过程。

科学家借助对撞机实验的数据，可以验证宇宙大爆炸理论，并进一步了解宇宙起源和演化的细节。

此外，对撞机实验也对新物理学的探索提供了契机。

在高能碰撞过程中，科学家期望能发现一些意想不到的现象，如暗物质和额外维度等。

虽然目前没有直接观测到这些新物理现象，但对撞机实验的不断推进为科学家提供了不可预知的可能性。

尽管对撞机实验在粒子物理学研究中发挥着重要作用，但它仍然面临着一些技术和经济的挑战。