CERN:大型强子对撞机以及其上的四个主要大型探测器：ATLAS，CMS，ALICE以及LHCb

屠呦呦登顶诺贝尔医学奖前后，频繁参与国际协作的中国成果再度为世界注目。2015年11月9日，人民网首页醒目地挂出一则消息———中科院高能物理研究所王贻芳研究员、美国伯克利国家实验室陆锦标教授及大亚湾中微子实验团队，获得2016年基础物理学突破奖。这是中国科学家和以中国科学家为主的实验团队首次获得这一仅次于诺贝尔物理学奖的重要奖项。此前的7月14日，欧洲核子研究中心发布重大新闻，大型强子对撞机物理实验观测到由五夸克组成的重子态，清华大学高原宁团队又在其中作出突出贡献。显然，跟微观世界景观———粒子、微子相关的基础物理研究，越来越引起社会兴趣。世界上最大型粒子物理学实验室———欧洲核子研究中心（简称CERN）那扇厚重的大门，也激发了中国人探究的热情。CERN被誉为“将地球上最聪明的脑袋集中起来，对准宇宙奥秘”，这其中包括诸多中国高能物理界的中青年科学家面孔。笔者获得机会，得以打探这道神秘之门背后的奥秘。

百米下的科学宫殿

人类的道路，已经向地球深处推进一百米。粗重的呼吸叠加大块钢铁，高架、网格暗影和板块相互咬啮。空间碎小了，那条缆线不弯下腰身，高高的门槛就能拒绝。我们被边缘化了。梅西女士带着我们转弯抹角，记不清穿过多少道铁门改换多少方向，直到戴上橙色安全帽不能再往前了。我们是从欧洲核子研究中心（法文简写CERN）的3号探测器的一条通道下来的。在27公里的地下圆弧的某个切点露了露脸。有点偷窥的味道，一切非常新鲜，好奇心被明亮地点燃。

迎面而来的凉意，是风也可能是钢铁堆出的温度。蓝色的核心裸露着，上帝粒子在哪？那边灯火灿黄，是《雷电波尔卡》在接续新章节吗？地底暗流涌动，有人来来去去有人躬着腰准备着。我们到访的这个金秋之日，属于CERN大型强子对撞机停机检修的日子，观望者才被允许进入这个层面。坦率地说我们是踏着上帝粒子的余热进来的。2012年7月4日，欧洲核子研究中心宣告，希格斯玻色子(又称“上帝粒子”)被发现，2013年10月8日诺贝尔物理学奖揭晓，比利时理论物理学家弗朗索瓦·恩格勒和英国理论物理学家彼得·威尔·希格斯共同获得。获奖理由：成功预测希格斯玻色子。希格斯1964年的预言成真，它让近半个世纪的苦苦找寻有了确凿的证据和明朗的方向。粒子物理学标准模型的缺失环节不再缺失，宇宙形成的关键被定格。理论物理的想象和实验物理的实证，共同创造了一个坚实美丽的神话。漫长的时光为这个事实加添了风霜和花絮。四十多年前的视野清晰了。仿佛CERN的科学家们旋了旋焦距。这个旋钮就是沉埋地下的27公里隧道。它1980年开挖，1989年兴建大型电子正电子对撞机，2000年拆除磁铁更新换代。瑞士和法国的边界由此画了一个大圆圈。近万块超导磁铁、300度温差的真空管、零下271摄氏度的超流液态氮装置、1万多吨冷却材料等，架构起巨型空间。无数的高能物理学家有了日思夜梦的殿堂。大型强子对撞机，四台大型探测器终于在2008年各就各位。简单地说，这里要进行的就是两束相对运行的质子流，被加速到接近光速的速度，在探测器中心对撞。质子流一秒钟绕隧道跑一万一千多圈，携带的温度是太阳中心（约2000万度）的10亿倍，模仿137亿年前的宇宙大爆炸。撞击中能量转换成物质，人们在数以亿万计的熟悉面孔（已知的粒子）中寻觅上帝粒子以及其他我们尚未寻找到的新粒子的踪影。麻烦的是，上帝粒子非常短命，只看到碰撞后衰变的碎片，假相比真相多多了，无用的东西比有用的东西多多了。探测器上数以亿计的像素，相当于巨型照相机，每秒可拍下4000万张“图片”。CERN的数据量，刻成光盘垒起来，是几个珠穆朗玛峰。海量的数据即刻被输送到全世界最大的计算机分析系统去处理。ATLAS全球网络运行分析负责人、中国物理学家任忠良告诉我，产生的信息要储存、分析、筛选、研究，需要前沿技术支撑，这必然推动新的研发，计算机、超导、激光、机械、电子、低温等被推到一个高度。人类的智慧被整合，对准的是近半个世纪的苦苦猜测，那里云一般空悬和虚幻的目标被一一甄别。与其说这个旋钮是强大的电流在运转，不如说是现代高科技集大成的团队在推动。CERN的综合意义同样是不可估量的。全世界500多所大学与此相关，提供设备、项目、博士论文一年1000余篇。150个计算中心联结起来了。11000名各国科学家、工程师被调动，全球约三分之二的高能物理学家从世界各地风尘仆仆地来了。CERN是目前世界上规模最大的粒子物理研究中心。美国费米国家实验室，正是规模和强度不够，上帝粒子总是与之失之交臂。之所以要这样的架势，好比大型飞机对于跑道的要求，达不到规模，既飞不上去也降不下来，更别说获得数据和状态了。大型强子对撞机造价100亿美元，对撞机开动一天，电耗约要240万人民币，瑞士的电不够还得加用法国的核电。事实上法瑞边界布下27公里的圆弧，也就成了套住上帝粒子的紧箍咒。或者说这个明亮的地下科学城堡，成了上帝粒子亮相的辉煌宫殿。

毕业于日内瓦大学的梅西女士，有一张典型的欧洲女人的脸，她轻言细语用英语也用法语解说着。高架网格里，戴着白头盔穿着黑上装红裤子的欧洲美女穿梭着。她们白皙苗条，走动的样子，让人想起拍摄于这里的好莱坞电影《天使和魔鬼》里的场景。科学是宏伟高深的，同样有着迷人的亮色。今天往地下去百米，可能算不上个事。可是CERN的地下探索，对于科学深度的拓展，何止是千米万米！我想起1969年美国阿姆斯特朗用左脚踏上月球时说的话：“这是个人的一小步，却是人类的一大步。”

泪水淹没经典

沃斯先生是个大块头，办公室因他站起显得很充实。我说我的采访很简单，讲几个CERN的故事听听。在CERN这样一个地方，相信沃斯先生每天都生活在故事之中。他的前额空阔得像广场，千军万马通过的气势将白发向后压去，一条红领带飘荡在胸前。他是CERN国际关系部部长，也是一个物理学家。他至少在两个角色里忙碌着。这边的姿态会不会遮住那边的光彩？他做了个手势，让我了解了CERN的来龙去脉。

1949年法国物理学家、诺奖得主德布罗意提出构想：欧洲应该建造一个区域性的具有大型高能加速器原子核研究实验室，研究在宇宙线中发现的新介子。让研究成果造福人类。再也不能打打杀杀了，两次世界大战都是源于欧洲。瑞士洛桑的欧洲国家文化会议立刻激起回响。1950年6月7日，在佛罗伦萨召开的联合国教科文组织会议上，美国拉比认为区域性合作研究实验室是个可行的计划。在联合国教科文组织厄歇教授促成下，1950年底在日内瓦另一次会议上，意大利、法国、比利时出资一万美元，加上联合国的资助，成立了一个计划办公室，负责从8个国家挑选顾问小组。1951年顾问小组召开第一次会议，决定利用现有技术建造一个大型高速加速器，成立一个过渡组织，一年到一年半完成加速器设计。1952年理事会在巴黎召开第一次会议，任命罗马大学阿迈迪为秘书长，负责指导设计质子同步加速器、同步回旋加速器、物理实验室的建设规划和理论组的建立工作。有一个主旨，这个组织只是基本粒子的基本研究，应该远离核武器。当时噩梦才醒。原子弹爆炸的气味仍在发臭。原子弹是物理学家造出的，但使用原子弹是绝大多数物理学家所不愿意的。1945年春天美国军方已在部署原子弹投弹计划。诺奖得主斯齐拉德心情沉重地找到爱因斯坦，爱因斯坦一听急了，马上写信给罗斯福，连同斯齐拉德的建议一起寄出，可是罗斯福没看到信就逝世了。科学家的博爱情怀不被政治家理解，负责研制原子弹的曼哈顿工程司令莱斯利·格罗夫斯尖刻地说，每天有大量美国青年死于对日作战，而反对对日使用原子弹的科学家却没一个亲人在战场！7月16日原子弹“大男孩”试爆成功，有人笑了有人哭了，更多的人惊呆了。斯齐拉德等69位著名科学家向白宫紧急请愿，还是没能阻止“小男孩”和“胖子”在广岛、长崎爆炸，当然这与日本拒不接受《波茨坦宣言》有关。广岛是日军南方司令部所在地，集结了实力可观的部队，长崎是工业中心，有两个重要的兵工厂，部队兵工厂都配置于市中心。京都本是一个计划轰炸的目标，美国务卿史迪文森还是把它划掉了。因为京都是古都，也是日本文化、宗教中心。德布罗意的思绪飘向岁月的深处。历史上七次反法同盟让战争绵延了二十多年，大地一片火海，法国死了多少人？欧洲死了多少人？这样搞下去太危险。同时这个法国贵族看到了《拿破仑法典》成为欧洲国家的主要法制框架，或者依据的范本。欧洲大同不是梦。德布罗意的构想就像他对波动力学的创造一样，赢得了不比诺奖小的反响。1952年法、英、德、意、荷等12个国家签字成立欧洲核子研究理事会，地点定在瑞士的梅汉地区。这里是日内瓦郊区，地理位置合适。另外瑞士愿意提供梅汉小镇的40公顷土地作为实验室用地。1954年10月1日理事会任命诺奖得主、美国的费力克斯·伯乐克为第一任所长。60年过去了CERN运作的结果表明，德布罗意的主意是个不错的主意。期间，可谓精彩不断。

1989至1993年担任CERN总主任的鲁比亚曾有想法：让反质子也加速，与加速的质子束对撞！沃斯两个拳头碰了下，好比斗牛！范德梅尔一听就懂，得在细节上把这个想法固定下来。在范德梅尔的合作下，1981年夏天一台质子反质子对撞机建成。梦想成为事实科学锁定真相，对撞束流像花一样灿亮，对撞几率大了获取的数据多了！鲁比亚的想法是个非常里程碑式的想法。由此意大利籍的鲁比亚、荷兰籍的范德梅尔分享了1984年的诺奖。还有出生于波兰的法国物理学家夏帕克于1992年获诺奖。他发明多线路正比探测器和推动粒子探测器，为今天上帝粒子的捕捉铺平道路。上帝粒子再神秘也逃不了科学家敏锐的思维。

沃斯习惯地望望窗外。东面是个马场，紧接着牧场、葡萄园。环境我已熟悉：办公楼底部是人气旺盛的餐厅，不同肤色的人在排队。黄心菜让深色的汤汁浸染得面目皆非，一块猪排被滚动的土豆摇晃着，托盘子找位子的人，手上多了风险。箩筐堆着随便取用的牛角面包。餐厅外是露天咖啡座，绿坪上一根蓝色备用超导磁铁。对面40号楼，是白色大框架嵌入深色的弧面建筑，就像装着可以滚动的圆盘，布满了蜂巢般的办公室，地面和走道都是铅灰色。各种身份的物理工作者在电脑上开展活儿。这里的管理别具一格。不一定按时上下班，但规定的时段你得出活，最好活里带彩。40号楼的底部是个服务中心，出售咖啡红茶等。墙面上的照片，是CERN的一些大事记大场面。墙上电视里一个人戴着安全帽在隧道里走，粗壮的管道不断后退。一个人一个动作一个画面，没有解说也没有音乐，一分钟和一小时都是一样的。仿佛只在告诉：走吧走吧！

沃斯进入故事了，脸上有了凝重的枣红色。有一回，CERN的现任总主任罗尔夫·霍伊尔和欧盟轮值主席谈到了钱。主席笑了，你们要是不放弃万维网（英语：World Wide Web，简称3W）的专利，钱是用不完的！万维网的诞生，源于CERN的内部需要。CERN不是孤立的实验室，而是一个广泛的社区。一百多个国家的一万多名科学家，大多在本国的实验室或大学工作，CERN觉得有必要满足各地科学家的信息共享。1989年CERN的英国籍科学家蒂姆·伯纳斯·李完成了这一革命性的发明。1993年4月30日，CERN宣布万维网对所有人免费开放，像当年居里夫人放弃镭的发明专利一样。类似的情况还有手机触摸屏等。霍伊尔耸耸肩摊开双手对轮值主席说，CERN的章程规定，发展的技术必须无偿给社会。CERN拿的是纳税人的钱。沃斯接着说上帝粒子公布后，CERN是安静的，大家都在忙自己的活。连上世纪五十年代就在做介子衰变试验的那对老夫妇，也没改变自己的节奏。男的驼着背步子慢慢地走出实验室，夫人紧陪着，胖胖的身上是一件夺目的红衣裳。CERN的几千号人的工作都与上帝粒子有关，大家清楚诺奖的规则，只给个人且不能超过三人。不过沃斯认为，这次会让诺奖的评选规则有所突破。上帝粒子成了2012年十大科学突破之首。物质的质量之源找到了。一江春水，两行热泪都是有质量的。泪水从83岁的希格斯眼里滚滚而来，濡湿甚至淹没了已有的经典。

跳动的中国心

站在棕色大圆球的栅栏前，不见约定的人。我急惶惶地注意起周边。对面是CERN的33号楼，二十多面各色国旗在小广场上飘动，中间是瑞士十八路轻轨电车终点，站台下来的人也不像有过来的样子。我猛然想起，几分钟前一个衣着朴素个子不高的中国人，低头沉思般地进入球状的展示馆。我忙向馆内赶去，果然他就是北京大学钱思进教授。配合滚动播放，他还对来自世界各地的物理学家、物理爱好者甚至中学生进行同步解说。

这里是基础物理的重镇，也是现代科学的前沿。不断有各国物理学家前来。几天前我意外地遇见清华大学高原宁教授。异国他乡见到熟人自然是一番感慨。十多年前清华物理系的阳台上，一个高个子在望着楼口。目光碰上了，我们准确地猜中了彼此的身份。至今我记得他的办公室，窄窄的通道两边堆满了书、杂志，柜子，电脑斜在桌前，我知道他是清华大学引进的长江学者，已在欧美闯荡多年。他谈吐儒雅，不时有青烟淡淡地飘起，这加添了叙述的热度和色彩。我们的对话随意又及时。他说看到学生就像看到二十年前的自己。那时他虚龄十七岁，才从牡丹江考进北大物理系吧！他的意思我明白，他会像对待自己一样地对待自己的学生，年轻时的青涩他懂，不必过虑或多干涉。给我的印象他是一个精细又大度的人，很会为对方考虑。这回见到他已不抽烟了，两鬓多了些白发。近一米九的大块头，面前一站，要让人仰着看了，目光在镜片里还是那样集中又安静。关于青年学子，他强调了理想说到了持久的韧性，做学问许多时候是枯燥的，把自己押给书本和电脑，一天十几个小时地干活，一年到头不得闲。没有谁强迫你，是自己将自己当做祭品，献给了科学的殿堂和自己的好奇心。一些事情得有自己的判断和节奏。高原宁始终在自己的状态里。没想到半年后，高原宁和他团队引起了世界注目。5夸克态还被美国物理学会评为2015世界物理8大进展。机会给了有准备的人。

棕色大球滚动的趋势已收蓄在法国瑞士的边地。欧洲核子研究中心还是日内瓦的著名景点，地标性的建筑就是这个棕色大球。各种肤色的人，在球门进进出出。是的，我们只有一个地球。这里的奥秘、规律和暗码，需要人类共同关心。

从1964年美国物理学家盖尔曼提出“夸克模型”，到2013年北京谱仪实验发现ZC(3900)粒子，是学界公认四夸克态存在的证据。五夸克态假设终于被证实，历经半个世纪。今天，高老师一如既往地呆在办公室，仍然喜欢笑呵呵地将印有CERN图样的扑克牌送给同事朋友。团队的杨振伟张黎明面对粒子世界的新秩序，还是那么镇定和繁忙。1964年是个应该记住的年份，希格斯假想也是那年提出。CERN及其团队让假想成真。汗水继续往下堆着。

诺奖得主丁肇中先生在CERN有个实验室，每天下午五点，他要主持实验组里的碰头会。暗物质一直是物理学里的神秘课题，他长期致力于它的探索和找寻。他非常忠实于自己的好奇心，几天几夜呆在实验室守候空间站的消息。1995年他提议建造阿尔法磁谱仪。有一天他看到中国科学院电工所论文，知道那里能造很好的永磁体系统。上海光源透明晶体、台湾电子控制系统等都成了阿尔法磁谱仪的重要组成部分。1998年6月2日阿尔法磁谱仪（1）随美国发现号航天飞机升空，2011年4月29日阿尔法磁谱仪（2）随美国奋进号航天飞机进入国际空间站。它们获得的540亿个宇宙射线数据让丁肇中兴奋。可他不说过头话，只表示暗物质存在实验的6个相关特征5个得到确认。这为揭示宇宙结构和演化提供了更精确的数据。丁肇中告诫他的几个小组不能马虎，这里错了无法校正。他对实验要求极高。他说相当于北京下雨，每秒有100亿个雨滴，如一个雨滴不一样，必须在一秒之内找出来。诺奖委员会说他，在巨大的喷气机边能听出一只蟋蟀的叫声。丁肇中的性格：颠覆一个理论比发现一个理论，让他更刺激更喜欢。棕色大球不断召唤着科学研究者，后来的日子，我还认识了科大毕业、现任美国密歇根大学的钱建明教授，北大毕业、现任巴黎第十一大学的张智庆教授。他们来CERN研讨或轮值。如今CERN已发展到22个成员国，是唯一一个拥有联合国观察员身份的国际研究组织。经过协商和合作，CERN不断取得举世瞩目的成就。20世纪70年代，在中国发展高能物理研究，建立计算机网络的过程中，CERN曾给中国无私帮助，至今在一些项目有良好的合作。CERN是看清小物质的大科学。是新技术的源泉，它不断挑战工业极限，构建大量工具。训练出类拔萃的科学家、工程师。基础研究和实验物理天地广阔。基础科学的创新，是一切科学发展的根本。今天CERN欢迎所有地区的国家加入进来。将地球上最聪明的脑袋集中起来，对准宇宙的奥秘是时候了！

棕色大球里有一个地球仪，推动即为显示屏。钱老师在解说。CERN还活跃着一批年轻的中国物理学家。在粒子天体物理，探测器加速器计算机电子材料等领域贡献着自己的聪明才智。他们受聘于CERN或受单位选派。李祖豪来自中科院高能所，爱人在北京外国语大学任教孩子才几岁。可他不能轻易言家，就是放假或有点空，机票也是一个沉重的话题。何奇波无论夜里工作多晚，周一早上七点必须和国内电话视屏，交流信息讨论问题。直到十一点，挪位的空余都没有。三岁的孩子因语言差异一时融不进托儿所。每次回来孩子的眼皮红肿，是哭的。孩子这副样子总是沉沉地压着心头。陈明水、陶军全等夫人辞去国内工作照看家庭和小孩。生活里缺失的部分太多了。他们都有一本难念的经啊！如果没有追求和热爱，就不会选择这样的路。20多年前，高原宁教授就在此做研究，住的也是这栋楼。真可谓薪火相传！如今中国贡献频频，他们心跳加快了！科学的发现离不了中国，中国发展离不开国际大家庭的团结协作。基本粒子的门已推开！“科学和创新之球”就在面前，条条木板形成的棕色格调，就像咖啡带着熟悉又异样的意味，一圈圈地在旋动。

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