在瑞士地下探索宇宙起源

本报驻瑞士特约记者 金寒冰

化石让人们了解人类和地球的历史，那么要想知道更遥远的宇宙起源，人类将借助什么来研究呢？大型强子对撞机被认为是当今可以模拟宇宙大爆炸后初态，并探索宇宙起源奥秘的重要设备。这个全球最大的实验装备就安装在欧洲核子研究中心。《环球时报》记者慕名来到这里，在瑞士日内瓦郊外地下100多米深处，一睹大型强子对撞机的真面目。

特殊人群才能“入地”参观

欧洲核子研究中心(CERN）坐落在毗邻法国边境的瑞士日内瓦西郊梅汉。经过半个多世纪的发展，这里已是全球最大规模的粒子物理学实验室。约有来自60多个国家的3500余位科学家在这里常年全职工作。该研究中心的核心——大型强子对撞机（LHC）被安装在距地面平均深度100多米处一条全长27公里的环形隧道中。有的地段深达140米。隧道所在地的地面是成片的葡萄园、牧场、农田。这里人口密度不大，每个小村镇居住人口不足百人，最大的也就几百人。

记者在日内瓦的居住地距这里仅有10分钟车程，坐14路有轨电车在CERN站下车即到。这里最吸引眼球的是一座高大的圆形建筑，这是对公众免费开放的展厅，民众在网上提前预约就可以参观。在这里可以通过观看短片了解天体、宇宙及宇宙大爆炸等科学名称的含义。还有一个短片专门介绍安装在CERN内的强子对撞机的情况。这幢建筑主楼后面是CERN的主要实验室、研究室、演示中心、会议室、演讲厅及科学家的生活设施等。

参观大型强子对撞机就不是什么人都有这个机会了，只允许国际媒体、相关工程技术人员、会员国的外交人员等特定群体参观。记者曾两次受邀到此参观，至今记忆犹新。2008年首次进入大型强子对撞机现场参观时整个工程尚未竣工，当时记者在工程技术人员的引领下，先在地面接受安检，把可能引爆装置的电子设备以及与参观没有直接联系的物件统统留在更衣室，然后换上橘黄色的工程装，头戴有蓄电池照明的安全帽（防尚未竣工的隧道内设施临时断电）分批（每批约20人）乘坐直井电梯下降至距离地表100米的工程现场。整个下降过程也就数十秒钟。

2011年再次下井的情况就截然不同了。记者不用换上橘黄色工程服，只是披上薄薄的工作服并佩戴参观者标记就可以了。若不告诉你这是地表以下100米深层，参观者根本感觉不到。因为地下通风与照明设施均十分完备。参观人员下井后不能自行走访，必须在引导人员带领下，走过一段可供参观的隧道，那里陈设着全长27公里环形对撞机的一小部分。大多数情况下，参观者只允许在紧急出口处观望静卧在隧道里的对撞机外壳，这个外壳使用坚固的钢结构逐段拼接而成。

最新成果挑战相对论

建造大型强子对撞机的设想始于上世纪80年代初，动工建造是1998年，原计划2005年建成，但由于资金缺口较大，直至2008年9月才启动，前后工期大约是10年。CERN国际合作组发言人华裔科学家任忠良博士告诉《环球时报》记者，这台大型强子对撞机的最终制造费用高达近80亿美元，建成后每年维持运行的费用达1亿美元。

据工程技术人员介绍，建造隧道工程本身并不十分复杂，因为瑞士的全民防空意识非常强。瑞士几乎每块土地底下都建有地下工程，记者及普通瑞士民众居住的房屋底下也建有防空设施，多的有三层。另一个原因是，瑞士是全球开掘隧道最多的国家，隧道已打穿了阿尔卑斯山脉，瑞士工程师还帮很多国家完成了世界80%以上的海底隧道工程。与这些浩大工程相比，仅在日内瓦郊区的丘陵与平原底下100米深处挖掘隧道就是小菜一碟了。

强子对撞机的主要任务是模拟研究宇宙大爆炸后的最初状态。隧道内的极低温将出现超导现象，使粒子在管道中几乎不受任何阻力，以至接近光速。一直在CERN从事高能物理研究的华裔科学家、诺贝尔物理学奖得主丁肇中教授在接受《环球时报》记者采访时用通俗易懂的语言解释说，科学家通过采用液态氦，将深埋在100多米地下的27公里环形管道建成超低温真空状态，其温度通常保持在零下270多摄氏度，并在零电阻状态下保持LHC的高强度磁场。

按照科学家的设计，LHC启动后，无数粒子会以接近光速的速度围绕这个巨大环形设备运行并发生剧烈碰撞。为检测撞击结果，科学家在LHC上加装了4个同步进行检测的探测器，其中最大的是一个环型仪器，直径25米、长度46米、重达7000余吨，相当于100架波音747宽体客机的重量。这个检测仪精度超高，能记录每秒4000万次以上的粒子碰撞影像，通过超大型计算机处理后就可发现粒子运行过程中存在的极细微的变化痕迹。

大型强子对撞机启动以来，科学家已多次宣布科研成果。2011年12月13日，CERN称，两个研究小组都发现了“希格斯玻色子”，它被认为是物质获得质量的根源，是建造宇宙的基本模块。2010年11月8日，LHC制造了一次小型宇宙大爆炸，模拟了137亿年前宇宙形成的瞬间过程。当时实验产生的瞬间高温相当于太阳核心温度的100万倍，是迄今人类在实验室获得的最高温度和能量。

科学家认为，宇宙大爆炸发生时物质与反物质等量存在，但反物质到哪去了？这是长期困惑科学家的问题。2011年6月，CERN的科学家宣布，他们成功俘获反氢原子长达16分钟，比先前的记录延长了5000倍。

爱因斯坦的相对论认为，所有物体的运动速度都不可能超过光速，然而CERN科学家2011年11月进行的一项实验，观察到了速度稍高于光速的中微子。

巨大磁场让百姓担忧

LHC的存在是为了探索宇宙起源未知的奥秘，但它本身对现实生活的影响同样充满悬念。工程技术人员告诉记者，之所以将对撞机深埋在地下，是因为其在模拟宇宙大爆炸瞬间将产生巨大电磁场。若机器距离地表太近，不但会干扰地面无线电通讯，也会直接干扰直线距离不足5公里的日内瓦国际机场的飞机起降与地面控制指挥系统。即便在地下100米，在机器运行期间产生的强大磁场对附近地表还是有一定影响，特别是对指南针以及手机等无线通讯，只是媒体不予过多宣传而已。

自大型强子对撞机正式运行以来，周围居民对其有可能产生的影响一直很担心。记者的邻居伊莱·佩里雅克不止一次地向记者抱怨：“我们离CERN如此近，要是LHC模拟宇宙大爆炸的瞬间出大事故，首先遭殃的肯定是我们这一区域的居民。”他还半开玩笑地说想搬离这个区域，不过至今他还是我的邻居。

其实，不仅是老百姓，有科学家也对启动强子对撞机持反对立场。他们认为，LHC模拟宇宙大爆炸实验很可能产生微型黑洞，以指数倍速度膨胀的人造黑洞可能会在几年内吞噬地球，人类生命将被全部消灭。美国前核能安全官员沃尔特·瓦格纳和西班牙科普作家路易斯·桑丘分别向美国夏威夷地区法院和欧洲人权法院提交了诉讼，要求CERN中止这个项目。虽然起诉被法院驳回，但就LHC实验侵犯人权的指控仍在进行。

对于上述担忧，有科学家反驳称，只有在特殊条件下才可能产生黑洞，概率在几十万分之一到几百万分之一。即使产生黑洞也会立刻蒸发，不会带来毁灭性后果。英国媒体援引著名物理学家斯蒂芬·霍金的话说:“LHC是安全的。地球大气每天都会产生释放巨大能量的撞击，却从未因此发生灾难，世界不会因LHC启动而终结。”▲