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CERN,歐洲核子研究中心。
這是全人類目前最大的粒子物理實驗室,也是現實世界中真正的“巴別塔”。在這裡,沒有國界,沒有政治,只有來自全球100多個國家、上萬名頂尖科學家為了同一個目標而通力合作——尋找宇宙的終極規律。
而CERN的核心,就是LHC(大型強子對撞機)。
它位於法國和瑞士邊境,深埋在地下100米的岩層中,是一個周長長達27公里的巨大環形隧道。
這是一臺極其瘋狂的機器。
它是人類有史以來建造的最龐大、最複雜的科學機器,沒有之一。
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它的運作機制,簡單粗暴到了極點,但也精密到了極致。
LHC的核心任務,就是把兩束質子或者重離子,在那個27公里的超高真空管道里,加速到無限接近光速,大概可以達到99.9999991%的光速。
很多人可能會覺得,質子這種肉眼根本看不見的微小粒子,哪怕加速一百億個,又能費多少電?
但在這個微觀賽道上,愛因斯坦的狹義相對論開始顯現,會出現反直覺的現象。
根據相對論效應,當一個物體的速度無限接近光速時,它的動質量會呈指數級暴漲。在99.9999991%的光速下,質子的質量會瞬間暴增7400多倍!
LHC的管道里,時刻飛奔著數以千計的“粒子束團”,每個束團裡包裹著上千億個質子。當它們被加速到這個極限狀態時,這束肉眼看不見的粒子流所攜帶的動能,相當於一列以時速150公里狂飆的重型高鐵,或者一架正在起飛的波音747客機!
為了用純粹的電磁場去推著這架“波音747”在地下不斷繞圈狂飆,CERN每年需要消耗驚人的1.2太瓦時(TWh)的電量。當LHC滿功率運轉時,它一個機器的耗電量,就直接抽乾了隔壁日內瓦州將近三分之一的電網負荷!
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為了束縛住這些狂飆的粒子,管道外圍包裹著幾千個巨大的超導磁體。
這些磁體內部流淌著零下271度的液氦,只有在這種極端低溫下,磁體才能產生強達8.3特斯拉的恐怖磁場,硬生生地把光速飛行的粒子按在圓形的軌道上。
而這一切極其昂貴的準備、每年數億歐元的電費,都只為了最後那驚天動地的一撞。
到底為什麼要撞?撞擊為什麼能發現新的物理規律?
絕大多數普通人會下意識地產生一個普遍的錯誤觀點:他們認為LHC就像是一臺“超級破壁機”加“超級顯微鏡”。把兩束質子加速到極快相撞,就像拿兩把時速幾百公里的鐵錘互相硬砸,目的是為了把質子“砸得粉碎”,好看看質子裡面到底是由什麼更小的“零件”拼裝起來的。
這種想法對嗎?如果在上世紀五六十年代,這麼想確實無可厚非。
因為那時候的物理學家,確實就是一群狂熱的“微觀拆解狂”。
他們造出早期的加速器,真的就是為了當錘子用,去硬砸原子核,從而發現了質子和中子;然後再造個更大的錘子,把質子也砸得稀巴爛,從而發現了裡面包裹著的“夸克”。
在高能物理早期,大家比的就是誰的錘子大,誰砸出來的碎片多。
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但在今天這個人類最高的高能物理殿堂裡,這種認知就有些粗淺了。
因為到了二十一世紀,微觀世界的常規“零件”早就被翻了個底朝天,受制於強相互作用力的“夸克禁閉”,質子也已經被砸得不能再碎了。
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