生日快樂，大型強子對撞機：10年來的原子碰撞
十年前，世界上最大的科學儀器開啟，壹個研究王朝開始了。
2008年9月10日，壹束質子第壹次被射出，環繞著大型強子對撞機（LHC）16.5英裏長（27公裏）的圓環，強子對撞機是世界上最大、能量最高的強子對撞機曾經建造過的原子粉碎機。大型強子對撞機位於瑞士日內瓦郊外的歐洲核子研究中心（CERN）實驗室，其建造目的是以接近光速的速度將高能質子束粉碎在壹起。聲明的目標是創造和發現希格斯玻色子，標準模型中最後壹個缺失的部分，我們對亞原子物質行為的最佳理論。但進球遠不止這個。我們真正想做的是發現壹些完全出乎意料的東西——如此之大，如此之新，這意味著我們必須重寫教科書。
和大型強子對撞機並沒有悄然開啟。在幾周和幾個月前，媒體上充斥著令人窒息的關於大型強子對撞機將形成壹個黑洞從而毀滅地球的恐懼故事。媒體很好地駁斥了這些聳人聽聞的說法，但這篇報道實在太好了，即使是在最負責任的印刷、在線和廣播媒體中，也不能不發表。
大型強子對撞機所在的歐洲核子研究中心實驗室決定邀請媒體觀看大型強子對撞機的首次發射光束。黑洞的狂熱確保了媒體的出現。英國廣播公司、美國有線電視新聞網、路透社和十幾家國際媒體都出席了慶典。拋開黑洞不談，從公關的角度來看，這是壹個危險的選擇：全新的加速器是挑剔的野獸，而大型強子對撞機尤其如此。它由數千塊磁鐵和數萬個電源、監控電子設備等組成。最輕微的事故可能會推遲幾天或幾周，第壹次成功的束流循環。[照片：世界上最大的原子粉碎機（LHC）
那天早上有壹些緊張的時刻。最初的幾次嘗試都失敗了，原因是壹些反叛的電源。然而，就在當地時間上午10:30，加速器操作員成功地將壹束非常低強度的質子穿過整個復合體。因為大型強子對撞機本質上是兩個加速器——用來容納方向相反的光束——下壹步是引導光束通過第二組光束管。那是在第壹次成功後不久發生的。世界上的媒體如實地宣布了這項技術成就。粒子物理學很少得到這種媒體的曝光。
盡管舉世矚目，但在那壹天所取得的成就卻相對溫和。低能、低強度、來自饋源加速器的光束被註入大型強子對撞機。光束在環上循環了幾次，能量很低，這意味著大型強子對撞機設計的最低能量。大型強子對撞機的工作方式是接收來自較小加速器的粒子束，然後將粒子束加速到比接收到的能量高15倍以上。在第壹次嘗試中，沒有任何加速光束的意圖。僅僅成功地繞著圓環轉就足夠了。
此外，光束的強度還不到設計強度的千萬分之壹。在粒子束中，強度與光的亮度相似。通過添加更多的質子或將光束聚焦到更小的尺寸，可以使光束變得更強烈。在那壹天，聚焦仍然是未來的目標，只有極少數的質子被放入加速器。最初，實際的加速器電子設備的時間並不完全正確。所以，顯然還有壹條路要走。
但是，不管怎樣。這是令人興奮的，它無疑是通往全面行動的重要踏腳石。軟木塞被戳破了。香檳喝多了。拍背拍照。今天天氣不錯我不是第壹束在歐洲核子研究中心。畢竟，我對大型強子對撞機的興趣是用它來粉碎高能粒子，大家都知道那時不會發生碰撞。相反，我在費米實驗室工作，費米實驗室是美國的旗艦粒子加速器實驗室，也是除歐洲核子研究中心（CERN）外，從事大型強子對撞機數據分析的最具影響力的研究機構。這兩個實驗室有兄弟關系，當壹個技術障礙被克服時，我們互相歡呼。在費米實驗室，我們決定在9月10日晚上為科學家和當地社區舉辦壹個睡衣派對。這是非同尋常的。數百名當地人在淩晨2:00出現，並在當地時間淩晨4:30等待光束成功循環。我走來走去，和公眾、記者交談，他們無法說服編輯們把他們送到歐洲和其他科學家那裏去。觀眾的歡呼聲足夠響亮，我想他們可以在東方4400英裏的歐洲核子研究中心聽到。
當然，2008年9月10日上午的成功是非常重要的，但他們只是朝著期望的結果邁出了壹步，那就是啟動地球上最強大的粒子加速器。要做到這壹點，圍繞大型強子對撞機的1232塊巨大磁鐵需要在完全電流下進行測試。因此，歐洲核子研究中心的加速器工作人員把註意力轉移到了完成這項工作上。這就是事情出岔子的地方。9月22日，當壹個有缺陷的焊點導致銅母線過熱，導致其熔化，然後產生電弧時，操作人員正在拆除最後壹組磁鐵，然後刺穿裝有液氦的保溫瓶，使磁鐵能夠承受壹萬安培的電流，從而使強大的磁場成為可能。[畫廊：在大型強子對撞機上尋找希格斯玻色子]
隨著那次刺穿，氦在高壓下被釋放…形成壹個足夠強大的噴射，將壹個35噸重的磁鐵向側面推18英寸，並從固體混凝土中拉出安裝支架。氦的溫度是零下450華氏度，它使大型強子對撞機隧道冷卻了壹英裏。修復損壞並添加額外的故障保護設備花了壹年多的時間。
2010年2月27日，大型強子對撞機加速器工作人員準備再試壹次。然後，在大約壹個半小時的時間裏，他們重復了這個練習，再次在相反的方向循環光束。這壹次，在沒有通知媒體的情況下進行了嘗試。直到3月19日，工作人員最終將光束加速到比先前的世界紀錄加速器費米-特瓦特龍高3.5倍的能量。那天我碰巧在歐洲核子研究中心，這項成就是在黎明前的淩晨完成的。我和同事們壹起觀看了監視器，當宣布光束穩定時，香檳酒、拍背聲和歡呼聲再次出現，這壹次沒有電視攝像機，
從那天起，大型強子對撞機就只是壹種科學現象……向排列在圓環周圍的四個探測器發出了非凡的光束。迄今為止的科學成果是巨大的，兩個更大的實驗分別發表了800多篇論文，整個研究計劃發表了2000多篇。
在過去十年中最具影響力的發現是希格斯玻色子，這是粒子物理標準模型中最後壹個缺失的部分。它於2012年7月4日再次向全世界觀眾宣布，覆蓋了1000多家電視臺，觀眾達10億。世界再壹次分享了發現的興奮。[6發現希格斯玻色子粒子的意義]
和大型強子對撞機的未來確實是光明的。雖然我們已經成功地運行了10年，但我們的目的是繼續使用加速器進行探索。目前，該計劃至少在未來20年內繼續運營。事實上，據估計，到2018年底，大型強子對撞機的實驗將只收集到設施壽命內記錄的3%的數據我。2018年底，大型強子對撞機將暫停運營兩年，進行翻新和升級。在2021年春天，它將恢復運作，大大改進探測器。我們不可能知道使用大型強子對撞機會發現什麽科學真相。這就是做科學…如果我們知道我們會發現什麽，就不會被稱為研究。但毫無疑問，大型強子對撞機是壹顆智力和技術上的明珠——這是過去的研究人員只能夢想的成就。大型強子對撞機可以探測到最小的距離尺度、最高的能量，並再現宇宙中最後壹個普遍存在的條件，而宇宙大爆炸後的情況只有萬億分之壹秒。它是壹種探索和發現的工具。我們才剛剛開始。它將是輝煌的。
生日快樂，大型強子對撞機。
最初發表在《生命科學》雜誌上。
唐林肯是費米實驗室的物理研究員。他是《大型強子對撞機：希格斯玻色子的非凡故事和其他會讓妳頭腦發熱的東西》（約翰霍普金斯大學出版社，2014）的作者，他制作了壹系列科學教育視頻。在Facebook上關註他。在這篇評論中表達的觀點是他的。
Don Lincoln將這篇文章貢獻給了Live Science的專家之聲：評論版和見解。“