文/孙正凡

　　这是一个美妙的时刻，人们可以展望一个新的时代，对宇宙的起源和演化会有新的认识

　　9月10日这天，从事粒子研究工作40年，平时总是非常随意的林恩·埃文斯博士，特地穿上了一件印着元素周期 表的白色T恤——今天是他主持的大型强子对撞机(LargeHadronCollider，LHC)正式启动，并面向 全球直播的日子，也就是所谓的“FirstBeamDay”(第一束流日，第一束粒子束将被注入加速轨道并循环一周) 。

　　欧洲核子中心(CERN)的实验室里人头攒动，除了操作仪器的研究人员，还多了许多手执话筒或者肩扛摄像机的 记者。

　　与此同时，网络上也在流传着一个“恐怖”预言，国内的版本是，“下午3点半之后，地球将被黑洞吞没”。这个预 言针对的，正是这台全球瞩目的超级“原子粉碎机”。

　　这个最新版的“世界末日”预言真的有依据吗？

　　类似的话题在今年年初就已出现。3月21日，西班牙人路易斯·桑丘和美国夏威夷的沃尔特·瓦格纳向夏威夷地方 法院提交了一份诉讼，要求CERN、美国能源部、美国科学基金会和费米实验室(也就是美国的主要资金提供方)在未能证 明LHC不会对地球安全产生威胁之前不得启动LHC。而德国的一位化学家也表示对撞机会对地球安全造成威胁，要求禁止 其运行。

　　正是这些以“颠覆现有物理学理论”为己任的“专家”的行动，让LHC在公众眼中成了会吞噬地球的“怪物”。不 明就里的人们很是担心：“万一是真的呢？”

　　寻找“上帝粒子”

　　这个被科学家和公众共同关心的科学仪器，坐落在瑞士日内瓦郊外，是一个跨越法国和瑞士边境的庞然大物。它的加 速环隧道直径8.66公里，周长27公里，建在深度为50~175米深的岩层中。在这个隧道内按近似圆形排列着700 0块特制的超导磁铁，可以产生比普通磁铁强万倍的磁场。

　　它是由来自几十个国家的数千名科学家、工程师奋斗9年建成的。按照设计，这些磁铁将约束着加速环内的粒子，在 加速电场的“鞭策”下，逐步加速到7TeV(万亿电子伏特)。这种量级的能量被粒子物理学家们称为“万亿能标”。

　　1TeV的能量相当于一只蚊子飞行时具有的动能——但是别忘了，质子的质量只是蚊子的万亿分之一。按照爱因斯 坦的相对论，LHC中的质子速度可以达到光速的99.9999991%，当LHC以最高能量满负荷运转时，环形轨道内 的总能量足以熔化50吨的铜！

　　这样高的能量用来做什么呢？LHC名称中的“H”代表强子，在所谓的粒子物理标准模型中，所有具有强相互作用 力的粒子都叫做强子，强子由若干个夸克和反夸克或者由胶子组成，我们所熟悉的质子和中子就是强子。在更基础的单元上， 它们由夸克组成。粒子物理学家或者高能物理学家将把粒子加速，然后对目标进行轰击，或者让两束粒子进行对撞，把粒子“ 打碎”，以发现新的粒子。

　　粒子物理试验耗资巨大，一个国家难以承受。上世纪90年代，美国科学家曾雄心勃勃策划建造“超级超导对撞机” ，质子对撞能量达40TeV。倡导者认为一旦建成可与1969年人类登月的壮举相媲美。但随着建设进展，预算不断攀升 ，预计高达93亿美元，使得美国国会怀疑投资的价值。虽然科学家一直在为之奔走，但这项工程还是在投资20多亿美元之 后黯然下马。

　　而这次，LHC由30多个国家的科学家共同建造和维护，包括欧洲20个CERN成员国，美国、日本、俄罗斯等 6个观察国，以及加拿大、中国等参与国。

　　1964年，在构建粒子物理标准模型的过程中，英国科学家希格斯认为，必须存在一种希格斯粒子，这种粒子的作 用就是让物质具有质量，但是在以往的试验中，并未曾发现这样的粒子。因为希格斯粒子难以捉摸，但对解释现有标准模型又 非常重要，因而被科学家们戏称为“上帝粒子”。而LHC的首要目标，就是找到这个“上帝粒子”。

　　撞开新物理学之门

　　北京时间9月10日下午3点32分(瑞士当地时间上午9点32分)左右，研究人员将一束质子以顺时针方向注入 到LHC的加速环中，初始能量为0.45TeV。在磁场的约束下，质子束在环形轨道内运行，其速度是光速的99.99 98%。

　　研究人员在轨道内每隔数公里的距离放置了能够阻挡质子束的瞄准仪，以检查质子数控制情况，确认之后他们就逐步 撤离。

　　在这次测试过程中，LHC性能表现良好，只用了55分钟就完成周长27公里的测试，这是质子束第一次跑完全程 。当然，要达到最高能量还需要多次循环加速过程。实际上，在8月11日和25日已经进行了两次测试和优化，为今天的启 动做好了准备(在这两次测试中，质子束走过了大约3公里的距离)。

　　林恩·埃文斯表示：“这是一个美妙的时刻，我们可以展望一个新的时代，我们对宇宙的起源和演化会有新的认识。 ”两个星期后，LHC的操作者们已经真正开启对撞之门，开始收集数据，探索新的物理学，预期在一年后可以产生有意义的 结果。

　　除了寻找希格斯粒子之外，LHC对撞试验所产生的能量相当于宇宙大爆炸发生十亿分之一秒的条件，这种条件下将 可能产生神秘的暗物质(它占到当今宇宙23%的份额)；而对于超对称的研究，将会说明为什么我们的宇宙是由物质构成的 ，而不是反物质占主导。因此CERN的主任罗伯特·阿伊玛将LHC称为“发现机器”，而美国费米实验室主任皮埃·奥达 德也认为“LHC的建成标志着粒子物理学革命的开始”。

　　微弱的“杀手微黑洞”

　　然而总有一些不太“和谐”的声音。有科学家接到电话说：“你是个危险的恶魔，你将会毁灭这个世界。”诺贝尔奖 获得者、麻省理工学院的物理学家弗兰克·维尔切克甚至受到了性命威胁。

　　被全世界的科学家们报以厚望的超级仪器，却被许多人视为即将毁灭地球的“杀手机器”。

　　诉讼者声称LHC会产生“杀手微黑洞”，这些黑洞如果稳定，就将吸附地球物质，从而把地球吞噬殆尽；或者产生 一种“杀手奇异子”，它会吞噬普通物质的原子核，把它们变成奇异物质，从而会威胁整个地球的安全。看起来，他们还是具 备一定的物理学知识，可惜他们并不完全接受现有的主流观点，而是片面理解。

　　欧洲核子中心的发言人、物理学家詹姆斯·吉利斯指出，我们的地球实际上是“沐浴”在宇宙射线中，这些宇宙射线 是来自宇宙空间的高能粒子，其中有些粒子能量比LHC要高上万亿倍，并且这样的粒子不在少数，地球和月球一直在承受它 们的轰击。假如LHC试验会造成地球毁灭的话，那么这些宇宙射线在过去50亿年间早已将地球和月球毁灭不知多少次了。

　　粒子物理学中所谓的“奇异子”，在粒子物理试验中已经多次发现，对科学家来说，它只是一种“普通物质”，并不 具有任何威胁性。

　　而吵得最凶的“杀手微黑洞”更是令人啼笑皆非。碰撞产生微黑洞的前提条件是“额外维”理论成立，而目前主流观 点认为这种理论无法解释引力现象，因而并不成立。即使成立，所产生的黑洞与天文观测中观察到的大黑洞不同，非常不稳定 ，根据霍金的理论，它会马上蒸发消失，而且即使能够稳定存在也不足以毁灭地球。

　　美国布朗大学实验物理学家格雷格·兰登伯格的计算表明，即使LHC每年产生1000万个黑洞，绝大部分也都会 逃逸，只有10个会被地球引力束缚。而这种黑洞非常小，基本上没有机会与其他物质发生碰撞，即使碰撞的话，也要经过1 00小时才能吞下一个质子。按照这个速度，大约需要跟宇宙寿命等同的时间才能毁灭一毫克的物质。

　　想毁灭地球，可没那么容易。

　　对于宇宙来说，LHC达到的能量根本微不足道，但它给我们带来的，将是充满了惊喜的新物理学。

　　正如法国原子能委员会著名理论物理学家让·金恩·贾斯廷所说：“希望能发现我们未预料到会发生的东西。”

　　有人开玩笑说，LHC最悲观的可能性是只发现了希格斯粒子——这就是说，除了又一次“完美地”验证了标准模型 ，我们没发现什么新物理学的迹象，那么粒子物理学的寿命也就终结了。