北京時(shí)間 4 月 26 日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，4 月 22 日，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）歷經(jīng) 3 年的維護(hù)和升級(jí)后再度重啟，兩束注入能量 450 GeV 的質(zhì)子束在 27 公里長(zhǎng)隧道內(nèi)發(fā)射。
▲ 歐洲核子研究中心大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是世界上最強(qiáng)大的粒子加速器，2012 年發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）歷經(jīng) 3 年的維護(hù)和升級(jí)后再度重啟。
大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的工作原理是將原子粉碎，再將它們分離，尋找存在其中的亞原子粒子，觀察亞原子粒子是如何相互作用的。2019 年，歐洲核子研究組織（CERN）關(guān)閉了大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，進(jìn)行維修升級(jí)，提高儀器的靈敏度，使其更好地完成任務(wù)。
▲ 圖中是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)狀況，該對(duì)撞機(jī)的工作原理是將原子粉碎，再將它們分離，尋找存在其中的亞原子粒子，觀察亞原子粒子是如何相互作用的。
這將使研究人員以更高分辨率觀察原子內(nèi)部 —— 每秒捕獲數(shù)據(jù) 3000 萬(wàn)次，啟動(dòng)長(zhǎng)度 27 公里的對(duì)撞機(jī)環(huán)狀隧道是一個(gè)復(fù)雜過程，要求一切像“管弦樂隊(duì)一樣”完美協(xié)調(diào)工作，特別是受新冠疫情的特殊時(shí)期。
負(fù)責(zé)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)控制室操作的任德?斯特恩伯格（Rende Steerenberg）解釋稱，這不是簡(jiǎn)單地按下一個(gè)按鈕，操作時(shí)會(huì)有緊張感和神經(jīng)過敏，畢竟?jié)撛谥S多故障因素，例如：隧道里的障礙物和磁鐵等問題。
目前粒子物理學(xué)家希望升級(jí)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)之后能有助于發(fā)現(xiàn)一種新的基本自然力，在四種基本自然力（引力、電磁力、強(qiáng)力和弱力）之外的一種新自然力，并有助于解釋宇宙謎團(tuán)。
研究人員稱，另一個(gè)希望是，重啟大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將有助于尋找神秘的暗物質(zhì)，暗物質(zhì)是宇宙非可見物質(zhì)，構(gòu)成了已知宇宙的大部分。
盡管大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)已重新啟動(dòng)，但研究人員仍面臨著潛在威脅，其中包括：隧道中可能存在障礙物，由于大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的 8 個(gè)組成部分現(xiàn)已被冷卻至 1.9 開氏溫度（相當(dāng)于零下 271 攝氏度），容易導(dǎo)致材料收縮變形。同時(shí)，在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)隧道中，利用數(shù)千塊磁鐵將數(shù)十億粒子集中在緊密的質(zhì)子束難度較大。
斯特恩伯格稱，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的工作方式有點(diǎn)像“管弦樂器”，為了確保質(zhì)子束在隧道中穿行，所有磁鐵必須在正確時(shí)間發(fā)揮正確作用，完成正確的任務(wù)。4 月 22 日，粒子自 2018 年 12 月以來首次穿過 27 公里長(zhǎng)的對(duì)撞機(jī)環(huán)狀隧道，然而，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)需要 6-8 周才能達(dá)到全速，那時(shí)點(diǎn)質(zhì)子碰撞將再次出現(xiàn)。
▲ 圖中是美夸克實(shí)驗(yàn) μ 介子系統(tǒng)部分。2021 年初，科學(xué)家利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)進(jìn)行了被稱為“美夸克”的粒子衰變實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示“美夸克”粒子衰變成 μ 介子的頻率比預(yù)測(cè)的低 15%。
歐洲核子研究中心質(zhì)子束部主任羅德里?瓊斯（Rhodri Jones）說：“這些質(zhì)子束以注入能量的方式循環(huán)，并包含相對(duì)少量的質(zhì)子，高強(qiáng)度、高能量碰撞還需要幾個(gè)月的時(shí)間，但首個(gè)質(zhì)子束釋放代表著科學(xué)家經(jīng)歷長(zhǎng)期封閉的艱辛努力后，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)成功重啟?！?/p>
2010-2013 年，歐洲核子研究中心研究人員觀測(cè)到的大型強(qiáng)子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)證明了長(zhǎng)期尋找希格斯玻色子的存在，以及與希格斯玻色子相連的能量場(chǎng)，科學(xué)家認(rèn)為該粒子對(duì) 137 億年前大爆炸后宇宙誕生過程至關(guān)重要。
然而，粒子物理學(xué)家仍有許多未解謎團(tuán)需要探索發(fā)現(xiàn)，最新升級(jí)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將比以往任何時(shí)候更深入地觀察隱藏的量子領(lǐng)域。同時(shí)，通過理解暗物質(zhì)，還可能有助于發(fā)現(xiàn)更多的宇宙秘密。
宇宙中的暗物質(zhì)被認(rèn)為是普通物質(zhì)的 5 倍，但不吸收、反射和釋放光，迄今為止科學(xué)家仍未探索到暗物質(zhì)存在的確鑿證據(jù)。斯特恩伯格說：“我們將大幅增加粒子碰撞次數(shù)，從而也將增大獲得新發(fā)現(xiàn)的可能性，目前大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將處于操作狀態(tài)，2025-2027 年將再次關(guān)閉。”
據(jù)悉，2008 年 9 月 10 日，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)首次投入使用，盡管有一些小故障，但它獲得的發(fā)現(xiàn)都符合標(biāo)準(zhǔn)模型，這是粒子物理學(xué)的主導(dǎo)理論，是 20 世紀(jì) 70 年代發(fā)展起來的，但該理論并不完善，未能解釋物理學(xué)的某些方面。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)收集的數(shù)據(jù)表明，粒子行為方式是標(biāo)準(zhǔn)模型無法解釋的，標(biāo)準(zhǔn)模型也無法解釋暗物質(zhì)的存在。
2021 年初，科學(xué)家利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)進(jìn)行了被稱為“美夸克”的粒子衰變實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示“美夸克”粒子衰變成 μ 介子的頻率比預(yù)測(cè)的低 15%。這表明宇宙中有一個(gè)未知的因素發(fā)揮作用，許多人懷疑這是一種新的力量，研究小組計(jì)劃在改進(jìn)后的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上使用更加靈敏的設(shè)備再次實(shí)驗(yàn)。
大多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為，一定會(huì)有更多的宇宙元素亟待發(fā)現(xiàn)，而一種稱為“美夸克”的基本粒子倍受科學(xué)家關(guān)注，它們或?qū)⑻峁┛赡艽嬖谄渌钪娉煞值闹匾€索。美夸克，也被稱為底夸克，夸克分為六種類型：上夸克（u）、下夸克（d）、奇夸克（s）、粲夸克（c）、底（夸克 b）、頂夸克（t）。美夸克較不穩(wěn)定，其衰變方式可能會(huì)受到其他基本粒子或者力存在的強(qiáng)烈影響。
負(fù)責(zé)該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的英國(guó)倫敦帝國(guó)理工學(xué)院粒子物理學(xué)家米特什?帕特爾（Mitesh Patel）博士說：“如果我們證實(shí)了這一點(diǎn)，這將是一場(chǎng)從未見過的革命，肯定是我們有生之年的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)！”
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