在瑞士地下探索宇宙起源

本報駐瑞士特約記者 金寒冰

化石讓人們了解人類和地球的歷史，那么要想知道更遙遠(yuǎn)的宇宙起源，人類將借助什么來研究呢？大型強(qiáng)子對撞機(jī)被認(rèn)為是當(dāng)今可以模擬宇宙大爆炸后初態(tài)，并探索宇宙起源奧秘的重要設(shè)備。這個全球最大的實驗裝備就安裝在歐洲核子研究中心?！董h(huán)球時報》記者慕名來到這里，在瑞士日內(nèi)瓦郊外地下100多米深處，一睹大型強(qiáng)子對撞機(jī)的真面目。

特殊人群才能“入地”參觀

歐洲核子研究中心(CERN）坐落在毗鄰法國邊境的瑞士日內(nèi)瓦西郊梅漢。經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，這里已是全球最大規(guī)模的粒子物理學(xué)實驗室。約有來自60多個國家的3500余位科學(xué)家在這里常年全職工作。該研究中心的核心——大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）被安裝在距地面平均深度100多米處一條全長27公里的環(huán)形隧道中。有的地段深達(dá)140米。隧道所在地的地面是成片的葡萄園、牧場、農(nóng)田。這里人口密度不大，每個小村鎮(zhèn)居住人口不足百人，最大的也就幾百人。

記者在日內(nèi)瓦的居住地距這里僅有10分鐘車程，坐14路有軌電車在CERN站下車即到。這里最吸引眼球的是一座高大的圓形建筑，這是對公眾免費開放的展廳，民眾在網(wǎng)上提前預(yù)約就可以參觀。在這里可以通過觀看短片了解天體、宇宙及宇宙大爆炸等科學(xué)名稱的含義。還有一個短片專門介紹安裝在CERN內(nèi)的強(qiáng)子對撞機(jī)的情況。這幢建筑主樓后面是CERN的主要實驗室、研究室、演示中心、會議室、演講廳及科學(xué)家的生活設(shè)施等。

參觀大型強(qiáng)子對撞機(jī)就不是什么人都有這個機(jī)會了，只允許國際媒體、相關(guān)工程技術(shù)人員、會員國的外交人員等特定群體參觀。記者曾兩次受邀到此參觀，至今記憶猶新。2008年首次進(jìn)入大型強(qiáng)子對撞機(jī)現(xiàn)場參觀時整個工程尚未竣工，當(dāng)時記者在工程技術(shù)人員的引領(lǐng)下，先在地面接受安檢，把可能引爆裝置的電子設(shè)備以及與參觀沒有直接聯(lián)系的物件統(tǒng)統(tǒng)留在更衣室，然后換上橘黃色的工程裝，頭戴有蓄電池照明的安全帽（防尚未竣工的隧道內(nèi)設(shè)施臨時斷電）分批（每批約20人）乘坐直井電梯下降至距離地表100米的工程現(xiàn)場。整個下降過程也就數(shù)十秒鐘。

2011年再次下井的情況就截然不同了。記者不用換上橘黃色工程服，只是披上薄薄的工作服并佩戴參觀者標(biāo)記就可以了。若不告訴你這是地表以下100米深層，參觀者根本感覺不到。因為地下通風(fēng)與照明設(shè)施均十分完備。參觀人員下井后不能自行走訪，必須在引導(dǎo)人員帶領(lǐng)下，走過一段可供參觀的隧道，那里陳設(shè)著全長27公里環(huán)形對撞機(jī)的一小部分。大多數(shù)情況下，參觀者只允許在緊急出口處觀望靜臥在隧道里的對撞機(jī)外殼，這個外殼使用堅固的鋼結(jié)構(gòu)逐段拼接而成。

最新成果挑戰(zhàn)相對論

建造大型強(qiáng)子對撞機(jī)的設(shè)想始于上世紀(jì)80年代初，動工建造是1998年，原計劃2005年建成，但由于資金缺口較大，直至2008年9月才啟動，前后工期大約是10年。CERN國際合作組發(fā)言人華裔科學(xué)家任忠良博士告訴《環(huán)球時報》記者，這臺大型強(qiáng)子對撞機(jī)的最終制造費用高達(dá)近80億美元，建成后每年維持運行的費用達(dá)1億美元。

據(jù)工程技術(shù)人員介紹，建造隧道工程本身并不十分復(fù)雜，因為瑞士的全民防空意識非常強(qiáng)。瑞士幾乎每塊土地底下都建有地下工程，記者及普通瑞士民眾居住的房屋底下也建有防空設(shè)施，多的有三層。另一個原因是，瑞士是全球開掘隧道最多的國家，隧道已打穿了阿爾卑斯山脈，瑞士工程師還幫很多國家完成了世界80%以上的海底隧道工程。與這些浩大工程相比，僅在日內(nèi)瓦郊區(qū)的丘陵與平原底下100米深處挖掘隧道就是小菜一碟了。

強(qiáng)子對撞機(jī)的主要任務(wù)是模擬研究宇宙大爆炸后的最初狀態(tài)。隧道內(nèi)的極低溫將出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象，使粒子在管道中幾乎不受任何阻力，以至接近光速。一直在CERN從事高能物理研究的華裔科學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎得主丁肇中教授在接受《環(huán)球時報》記者采訪時用通俗易懂的語言解釋說，科學(xué)家通過采用液態(tài)氦，將深埋在100多米地下的27公里環(huán)形管道建成超低溫真空狀態(tài)，其溫度通常保持在零下270多攝氏度，并在零電阻狀態(tài)下保持LHC的高強(qiáng)度磁場。

按照科學(xué)家的設(shè)計，LHC啟動后，無數(shù)粒子會以接近光速的速度圍繞這個巨大環(huán)形設(shè)備運行并發(fā)生劇烈碰撞。為檢測撞擊結(jié)果，科學(xué)家在LHC上加裝了4個同步進(jìn)行檢測的探測器，其中最大的是一個環(huán)型儀器，直徑25米、長度46米、重達(dá)7000余噸，相當(dāng)于100架波音747寬體客機(jī)的重量。這個檢測儀精度超高，能記錄每秒4000萬次以上的粒子碰撞影像，通過超大型計算機(jī)處理后就可發(fā)現(xiàn)粒子運行過程中存在的極細(xì)微的變化痕跡。

大型強(qiáng)子對撞機(jī)啟動以來，科學(xué)家已多次宣布科研成果。2011年12月13日，CERN稱，兩個研究小組都發(fā)現(xiàn)了“希格斯玻色子”，它被認(rèn)為是物質(zhì)獲得質(zhì)量的根源，是建造宇宙的基本模塊。2010年11月8日，LHC制造了一次小型宇宙大爆炸，模擬了137億年前宇宙形成的瞬間過程。當(dāng)時實驗產(chǎn)生的瞬間高溫相當(dāng)于太陽核心溫度的100萬倍，是迄今人類在實驗室獲得的最高溫度和能量。

科學(xué)家認(rèn)為，宇宙大爆炸發(fā)生時物質(zhì)與反物質(zhì)等量存在，但反物質(zhì)到哪去了？這是長期困惑科學(xué)家的問題。2011年6月，CERN的科學(xué)家宣布，他們成功俘獲反氫原子長達(dá)16分鐘，比先前的記錄延長了5000倍。

愛因斯坦的相對論認(rèn)為，所有物體的運動速度都不可能超過光速，然而CERN科學(xué)家2011年11月進(jìn)行的一項實驗，觀察到了速度稍高于光速的中微子。

巨大磁場讓百姓擔(dān)憂

LHC的存在是為了探索宇宙起源未知的奧秘，但它本身對現(xiàn)實生活的影響同樣充滿懸念。工程技術(shù)人員告訴記者，之所以將對撞機(jī)深埋在地下，是因為其在模擬宇宙大爆炸瞬間將產(chǎn)生巨大電磁場。若機(jī)器距離地表太近，不但會干擾地面無線電通訊，也會直接干擾直線距離不足5公里的日內(nèi)瓦國際機(jī)場的飛機(jī)起降與地面控制指揮系統(tǒng)。即便在地下100米，在機(jī)器運行期間產(chǎn)生的強(qiáng)大磁場對附近地表還是有一定影響，特別是對指南針以及手機(jī)等無線通訊，只是媒體不予過多宣傳而已。

自大型強(qiáng)子對撞機(jī)正式運行以來，周圍居民對其有可能產(chǎn)生的影響一直很擔(dān)心。記者的鄰居伊萊·佩里雅克不止一次地向記者抱怨：“我們離CERN如此近，要是LHC模擬宇宙大爆炸的瞬間出大事故，首先遭殃的肯定是我們這一區(qū)域的居民。”他還半開玩笑地說想搬離這個區(qū)域，不過至今他還是我的鄰居。

其實，不僅是老百姓，有科學(xué)家也對啟動強(qiáng)子對撞機(jī)持反對立場。他們認(rèn)為，LHC模擬宇宙大爆炸實驗很可能產(chǎn)生微型黑洞，以指數(shù)倍速度膨脹的人造黑洞可能會在幾年內(nèi)吞噬地球，人類生命將被全部消滅。美國前核能安全官員沃爾特·瓦格納和西班牙科普作家路易斯·桑丘分別向美國夏威夷地區(qū)法院和歐洲人權(quán)法院提交了訴訟，要求CERN中止這個項目。雖然起訴被法院駁回，但就LHC實驗侵犯人權(quán)的指控仍在進(jìn)行。

對于上述擔(dān)憂，有科學(xué)家反駁稱，只有在特殊條件下才可能產(chǎn)生黑洞，概率在幾十萬分之一到幾百萬分之一。即使產(chǎn)生黑洞也會立刻蒸發(fā)，不會帶來毀滅性后果。英國媒體援引著名物理學(xué)家斯蒂芬·霍金的話說:“LHC是安全的。地球大氣每天都會產(chǎn)生釋放巨大能量的撞擊，卻從未因此發(fā)生災(zāi)難，世界不會因LHC啟動而終結(jié)。”▲