欧洲核子研究中心大型强子对撞机科学家宣布新粒子发现 对撞机研究重启——《华尔街日报》

欧洲核子研究中心的大型强子对撞机位于瑞士与法国边境地下的一条圆形隧道中。图片来源：瓦伦丁·弗洛罗/法新社/盖蒂图片社在因维修和升级而暂停三年后，大型强子对撞机于周二恢复科学运行，为物理学家长期探索宇宙基本构成要素的历程开启了新篇章。

此前不久，负责运行该对撞机的国际组织——欧洲核子研究中心（CERN）的科学家宣布，在该设施进行的早期研究发现了三种此前未知的亚原子粒子。

大型强子对撞机（简称LHC）的主体是一条城市规模的圆形隧道，深埋于日内瓦附近瑞士与法国边境地下300英尺处。超过1.2万名在此开展研究的科学家正着手进行新项目，这些研究可能带来新的亚原子粒子发现，并可能帮助人类对反物质（与物质性质相同但电荷相反）和暗物质（构成宇宙约四分之一的无形物质）有更深入的理解。

对撞机是物理学家发现希格斯玻色子的设施，这种亚原子粒子诞生于大爆炸之后，并赋予所有其他粒子质量。

“希格斯玻色子曾是一种圣杯，”欧洲核子研究中心（CERN）束流部门运营组负责人伦德·斯蒂伦伯格说，“但现在我们有了下一个圣杯——那就是暗物质粒子。”

欧洲核子研究中心由23个成员国和7个准成员国组成。超过12,000名科学家利用其设施进行研究。图片来源：瓦伦丁·弗洛罗/法新社/盖蒂图片社作为规模最大、持续时间最长的国际科学合作项目之一，欧洲核子研究中心由23个成员国和7个准成员国组成。其旗舰对撞机LHC利用超导磁体将质子束和其他粒子加速至接近光速，并让它们与沿17英里环形轨道反向运动的粒子束对撞。分布在环形轨道周围的建筑大小的仪器使科学家能够研究这些高能对撞产生的粒子簇射。

据曼彻斯特大学粒子物理学家、发现这些粒子的LHC合作项目发言人克里斯·帕克斯介绍，新发现的粒子是在2010年至2018年收集的LHC数据中发现的。这些所谓的四夸克和五夸克是夸克的不寻常组合，夸克是构成原子核内质子和中子的粒子。

“过去几年里，我们发现了一些由四个或五个夸克结合组成的粒子，”帕克斯博士说，“而今天我们又发现了三种新的此类粒子。”

据自2003年起在欧洲核子研究中心工作的芝加哥大学物理学家大卫·米勒介绍，在停运期间，对撞机的磁铁和注入器（将粒子送入隧道的装置）进行了升级。探测器和数据收集系统也进行了升级。

米勒博士说，这些改进不仅将增加科学家可观测到的碰撞次数，而且“我们将以更快的速度保存数据，希望能做得更好。”“这将提高我们对新物理现象的敏感度，或者能够更精确地测量所有旧物理现象。”

质子束于4月下旬开始在大型强子对撞机中循环，但能量水平太低，无法达到预期的研究目的。自那以后，欧洲核子研究中心的工作人员一直在努力确保光束正常循环，并缓慢提高光束的能量。

“安全运行这台机器需要大量的时间和精力——不是为了人类——而是为了避免损坏机器，我们在这些光束中储存了巨大的能量，”斯蒂伦伯格先生说。“这有点像火箭发射。”

周二，对撞机内的光束达到了最大能量水平，使探测器自2018年以来首次开始收集物理数据。欧洲核子研究中心加速器和技术总监迈克·拉蒙特表示，这种被称为“稳定光束”的运行模式是对撞机经过两个月的努力重新启动后的“最后的点睛之笔”。在接下来的近四年里，几乎全天候（直到对撞机进行下一轮升级和维修），这些高能光束将在隧道中循环，为物理学家提供他们进行研究所需的数据。

稳定束流的开始恰逢2012年7月4日希格斯玻色子发现十周年纪念日的次日，该发现使两位物理学家获得了2013年诺贝尔物理学奖。这一基本粒子是标准模型的关键组成部分，该模型是一个被广泛接受但仍不完善的理论，旨在描述这些粒子及支配它们的力。

拉蒙特博士表示，该理论无法完全解释重力等关键概念，也无法回答关于反物质和暗物质的重要问题。解答这些疑问是科学家们在大型强子对撞机未来研究中的目标之一。

米勒博士表示，他期待大型强子对撞机即将开展的研究可能会发现一种名为轴子的尚未被观测到的粒子。

这些超轻粒子约50年前首次被提出假设，是解释暗物质存在的主要候选理论。暗物质是科学家从未直接观测到的物质——它不发射、吸收或反射光线——但因其引力效应被观测到能影响恒星和星系的运动，故确认其存在。部分科学家提出理论认为，这些引力作用可由遍布宇宙的大量轴子来解释。

欧洲核子研究中心总干事法比奥拉·贾诺蒂博士将可能在大型强子对撞机上发现暗物质粒子称为她的"梦想情景"。

致信 艾琳·伍德沃德，邮箱：[email protected]