歐洲核子研究中心大型強子對撞機科學家宣佈新粒子發現 對撞機研究重啓——《華爾街日報》

歐洲核子研究中心的大型強子對撞機位於瑞士與法國邊境地下的一條圓形隧道中。圖片來源：瓦倫丁·弗洛羅/法新社/蓋蒂圖片社在因維修和升級而暫停三年後，大型強子對撞機於週二恢復科學運行，為物理學家長期探索宇宙基本構成要素的歷程開啓了新篇章。

此前不久，負責運行該對撞機的國際組織——歐洲核子研究中心（CERN）的科學家宣佈，在該設施進行的早期研究發現了三種此前未知的亞原子粒子。

大型強子對撞機（簡稱LHC）的主體是一條城市規模的圓形隧道，深埋於日內瓦附近瑞士與法國邊境地下300英尺處。超過1.2萬名在此開展研究的科學家正着手進行新項目，這些研究可能帶來新的亞原子粒子發現，並可能幫助人類對反物質（與物質性質相同但電荷相反）和暗物質（構成宇宙約四分之一的無形物質）有更深入的理解。

對撞機是物理學家發現希格斯玻色子的設施，這種亞原子粒子誕生於大爆炸之後，並賦予所有其他粒子質量。

“希格斯玻色子曾是一種聖盃，”歐洲核子研究中心（CERN）束流部門運營組負責人倫德·斯蒂倫伯格説，“但現在我們有了下一個聖盃——那就是暗物質粒子。”

歐洲核子研究中心由23個成員國和7個準成員國組成。超過12,000名科學家利用其設施進行研究。圖片來源：瓦倫丁·弗洛羅/法新社/蓋蒂圖片社作為規模最大、持續時間最長的國際科學合作項目之一，歐洲核子研究中心由23個成員國和7個準成員國組成。其旗艦對撞機LHC利用超導磁體將質子束和其他粒子加速至接近光速，並讓它們與沿17英里環形軌道反向運動的粒子束對撞。分佈在環形軌道周圍的建築大小的儀器使科學家能夠研究這些高能對撞產生的粒子簇射。

據曼徹斯特大學粒子物理學家、發現這些粒子的LHC合作項目發言人克里斯·帕克斯介紹，新發現的粒子是在2010年至2018年收集的LHC數據中發現的。這些所謂的四夸克和五夸克是夸克的不尋常組合，夸克是構成原子核內質子和中子的粒子。

“過去幾年裏，我們發現了一些由四個或五個夸克結合組成的粒子，”帕克斯博士説，“而今天我們又發現了三種新的此類粒子。”

據自2003年起在歐洲核子研究中心工作的芝加哥大學物理學家大衞·米勒介紹，在停運期間，對撞機的磁鐵和注入器（將粒子送入隧道的裝置）進行了升級。探測器和數據收集系統也進行了升級。

米勒博士説，這些改進不僅將增加科學家可觀測到的碰撞次數，而且“我們將以更快的速度保存數據，希望能做得更好。”“這將提高我們對新物理現象的敏感度，或者能夠更精確地測量所有舊物理現象。”

質子束於4月下旬開始在大型強子對撞機中循環，但能量水平太低，無法達到預期的研究目的。自那以後，歐洲核子研究中心的工作人員一直在努力確保光束正常循環，並緩慢提高光束的能量。

“安全運行這台機器需要大量的時間和精力——不是為了人類——而是為了避免損壞機器，我們在這些光束中儲存了巨大的能量，”斯蒂倫伯格先生説。“這有點像火箭發射。”

週二，對撞機內的光束達到了最大能量水平，使探測器自2018年以來首次開始收集物理數據。歐洲核子研究中心加速器和技術總監邁克·拉蒙特表示，這種被稱為“穩定光束”的運行模式是對撞機經過兩個月的努力重新啓動後的“最後的點睛之筆”。在接下來的近四年裏，幾乎全天候（直到對撞機進行下一輪升級和維修），這些高能光束將在隧道中循環，為物理學家提供他們進行研究所需的數據。

穩定束流的開始恰逢2012年7月4日希格斯玻色子發現十週年紀念日的次日，該發現使兩位物理學家獲得了2013年諾貝爾物理學獎。這一基本粒子是標準模型的關鍵組成部分，該模型是一個被廣泛接受但仍不完善的理論，旨在描述這些粒子及支配它們的力。

拉蒙特博士表示，該理論無法完全解釋重力等關鍵概念，也無法回答關於反物質和暗物質的重要問題。解答這些疑問是科學家們在大型強子對撞機未來研究中的目標之一。

米勒博士表示，他期待大型強子對撞機即將開展的研究可能會發現一種名為軸子的尚未被觀測到的粒子。

這些超輕粒子約50年前首次被提出假設，是解釋暗物質存在的主要候選理論。暗物質是科學家從未直接觀測到的物質——它不發射、吸收或反射光線——但因其引力效應被觀測到能影響恆星和星系的運動，故確認其存在。部分科學家提出理論認為，這些引力作用可由遍佈宇宙的大量軸子來解釋。

歐洲核子研究中心總幹事法比奧拉·賈諾蒂博士將可能在大型強子對撞機上發現暗物質粒子稱為她的"夢想情景"。

致信 艾琳·伍德沃德，郵箱：[email protected]