過(guò)程及目的

建造過(guò)程和探索微觀粒子的目的

大型強(qiáng)子對(duì)撞器，英文名稱為L(zhǎng)HC（Large Hadron Collider）是一座位于瑞士日內(nèi)瓦近郊?xì)W洲核子研究組織CERN的粒子加速器與對(duì)撞機(jī)，作為國(guó)際高能物理學(xué)研究之用。地理坐標(biāo)為北緯46°14′00″，東經(jīng)6°03′00″46.23;6.05， LHC已經(jīng)建造完成。

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將是世界上最大、能量最高的粒子加速器，來(lái)自大約80個(gè)國(guó)家的7000名科學(xué)家和工程師。由40個(gè)國(guó)家建造。是一種將質(zhì)子加速對(duì)撞的高能物理設(shè)備。它是一個(gè)圓形加速器，深埋于地下100米，它的環(huán)狀隧道有 27 公里長(zhǎng)，坐落于在瑞士日內(nèi)瓦的歐洲核子研究中心（又名歐洲粒子物理實(shí)驗(yàn)室），橫跨法國(guó)和瑞士的邊境。

為了節(jié)省成本，物理學(xué)家們沒(méi)有開(kāi)鑿一條昂貴的新隧道來(lái)容納新的對(duì)撞機(jī)，而是決定拆掉原來(lái)安置在歐洲原子核研究中心的正負(fù)電子加速器，代之以建造大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)所需要的5萬(wàn)噸設(shè)備。當(dāng)兩個(gè)質(zhì)子束在環(huán)形隧道中沿著反方向運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，強(qiáng)大的電場(chǎng)使它們的能量急劇增加。這些粒子每運(yùn)行一圈，就會(huì)獲得更多的能量。要保持如此高能量的質(zhì)子束繼續(xù)運(yùn)行需要非常強(qiáng)大的磁場(chǎng)。這么強(qiáng)的磁場(chǎng)是由冷卻到接近絕對(duì)零度的超導(dǎo)電磁體產(chǎn)生的。物理學(xué)家們最希望建造的是一個(gè)30公里長(zhǎng)的機(jī)器，它能以至少5千億電子伏的能量將電子和正電子一起粉碎。 目前；對(duì)撞機(jī)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了‘希格斯粒子希格斯玻色子的存在，升級(jí)后發(fā)現(xiàn)‘夸克奇異重子’五種夸克的‘味變’集合體存在，改造升級(jí)能量的加大還會(huì)‘探索發(fā)現(xiàn)’超對(duì)稱粒子和希格斯耦合粒子與粒子的額外維相存在。

設(shè)備結(jié)構(gòu)

LHC是一個(gè)國(guó)際合作的計(jì)劃，由34個(gè)國(guó)家超過(guò)兩千位物理學(xué)家所屬的大學(xué)與實(shí)驗(yàn)室所共同出資合作興建的。

LHC包含了一個(gè)圓周為27公里的圓形隧道，因當(dāng)?shù)氐匦蔚木壒饰挥诘叵?0至150米之間。這是先前大型電子正子加速器（LEP）所使用隧道的再利用，隧道本身直徑三米，位于同一平面上，并貫穿瑞士與法國(guó)邊境，主要的部分大半位于法國(guó)。雖然隧道本身位于地底下，尚有許多地面設(shè)施如冷卻壓縮機(jī)，通風(fēng)設(shè)備，控制電機(jī)設(shè)備，還有冷凍槽等等建構(gòu)于其上。

加速器通道中，主要是放置兩個(gè)質(zhì)子束管。加速管由超導(dǎo)磁鐵所包覆，以液態(tài)氦來(lái)冷卻。管中的質(zhì)子是以相反的方向，環(huán)繞著整個(gè)環(huán)型加速器運(yùn)行。除此之外，在四個(gè)實(shí)驗(yàn)碰撞點(diǎn)附近，另有安裝其他的偏向磁鐵及聚焦磁鐵。

LHC加速環(huán)的四個(gè)碰撞點(diǎn)，分別設(shè)有五個(gè)偵測(cè)器在碰撞點(diǎn)的地穴中。其中超環(huán)面儀器 （ATLAS）與緊湊渺子線圈（CMS）是通用型的粒子偵測(cè)器。其他三個(gè)（LHC底夸克偵測(cè)器（LHCb），大型離子對(duì)撞器（ALICE）以及全截面彈性散射偵測(cè)器（TOTEM）則是較小型的特殊目標(biāo)偵測(cè)器。

研究歷史

1994年，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目立項(xiàng)后，林恩·埃文斯理所當(dāng)然地就成為了這個(gè)耗資百億美元的項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人。對(duì)撞機(jī)從設(shè)計(jì)到建造，都由他全權(quán)負(fù)責(zé)。14年后，在瑞士和法國(guó)交界地區(qū)地下100米深處的周長(zhǎng)為27公里的環(huán)形隧道里，埃文斯和全球80多個(gè)國(guó)家近萬(wàn)名科學(xué)家的心血結(jié)晶——大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)正式建成。

在2005年10月25日，因?yàn)槠鹬貦C(jī)載貨的意外掉落，造成一位技術(shù)人員的喪生。

2007年3月27日，由費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室所負(fù)責(zé)建造，一個(gè)用于 LHC 內(nèi)部的三極低溫超導(dǎo)磁鐵（屬于聚焦用四極磁鐵），因?yàn)橹渭艿脑O(shè)計(jì)不良，在壓力測(cè)試時(shí)發(fā)生破損。雖然沒(méi)有造成人員的傷亡，但是卻嚴(yán)重影響了 LHC 開(kāi)始運(yùn)作的時(shí)程。

2008年6月15日，在埃文斯的退休儀式上，這6位主任紛紛親自出面或通過(guò)視頻向他致以敬意。他們還聯(lián)合簽署了一份文件，將大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)以林恩·埃文斯的名字命名，并制作了一個(gè)對(duì)撞機(jī)偶極子的小模型贈(zèng)送給埃文斯。

2008年9月10日，對(duì)撞機(jī)初次啟動(dòng)進(jìn)行測(cè)試。埃文斯將手指放在鼠標(biāo)上，親自點(diǎn)擊啟動(dòng)了首次測(cè)試。這次測(cè)試是研究人員將一個(gè)質(zhì)子束以順時(shí)針?lè)较蜃⑷氲郊铀倨髦?，讓其加速?9.9998%光速的超快速度，從而使此質(zhì)子束在全長(zhǎng)27公里的環(huán)形隧道中以每秒11245圈的速度狂飆。這一幕通過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻向世界進(jìn)行了直播，還有300多名記者來(lái)到此實(shí)驗(yàn)室目睹測(cè)試過(guò)程。

2008年9月19日，LHC，第三與第四段之間，用來(lái)冷卻超導(dǎo)磁鐵的液態(tài)氦，發(fā)生了嚴(yán)重的泄漏。據(jù)推測(cè)是由于聯(lián)接兩個(gè)超導(dǎo)磁鐵的接點(diǎn)接觸不良，在超導(dǎo)高電流的情況下融毀所造成的。依據(jù)CERN的安全條例，必需將磁鐵升回到室溫后詳細(xì)檢查才能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，這將需要三到四周的時(shí)間。要再冷卻回運(yùn)作溫度，也是得經(jīng)過(guò)三四周的時(shí)間，如此正好遇上預(yù)定的年度檢修時(shí)程，因此要開(kāi)始運(yùn)作將可能延遲至2009年春天。

2008年10月16日，CERN發(fā)布了關(guān)于液態(tài)氦泄漏事件的調(diào)查分析，證實(shí)了先前推測(cè)的為兩超導(dǎo)磁鐵間接點(diǎn)不良所造成的。由于安全條例確實(shí)地實(shí)行、安全設(shè)計(jì)皆有正常工作、并且替換用的零件都有庫(kù)存，預(yù)期2009年6月重啟。

運(yùn)行狀況

2008年9月10日下午15：30正式開(kāi)始運(yùn)作，成為世界上最大的粒子加速器設(shè)施。

2008年9月19日，LHC第三與第四段之間，用來(lái)冷卻超導(dǎo)磁鐵的液態(tài)氦，發(fā)生了嚴(yán)重的泄漏，導(dǎo)致對(duì)撞機(jī)暫停運(yùn)轉(zhuǎn)。

自大約80個(gè)國(guó)家的7000名科學(xué)家和工程師參與了該項(xiàng)目。

60余名中國(guó)科學(xué)家（其中近四十人為臺(tái)灣科學(xué)家）參與強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)。四個(gè)主要實(shí)驗(yàn)均有中國(guó)科研單位和高校參與，分別為：中科院高能物理研究所、中國(guó)科技大學(xué)、山東大學(xué)、南京大學(xué)參與ATLAS實(shí)驗(yàn)；中科院高能物理研究所、北京大學(xué)參與CMS實(shí)驗(yàn)；華中師范大學(xué)參與ALICE實(shí)驗(yàn)；清華大學(xué)參與LHCb實(shí)驗(yàn)。

技術(shù)原理

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）是歐洲粒子物理研究所(CERN）的加速器復(fù)合體的最新補(bǔ)充。

在這個(gè)加速器里面，2束高能粒子流在彼此相撞之前，以接近光速的速度向前傳播。這兩束粒子流分別通過(guò)不同光束管，向相反方向傳播，這兩根管子都處于超高真空狀態(tài)。一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)促使它們圍繞那個(gè)加速環(huán)運(yùn)行，這個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)是利用超導(dǎo)電磁石獲得的。這些超導(dǎo)電磁石是利用特殊電纜線制成的，它們?cè)诔瑢?dǎo)狀態(tài)下進(jìn)行操作，有效傳導(dǎo)電流，沒(méi)有電阻消耗或能量損失。要達(dá)到這種結(jié)果，大約需要將磁體冷卻到零下271℃，這個(gè)溫度比外太空的溫度還低。由于這個(gè)原因，大部分加速器都與一個(gè)液態(tài)氦分流系統(tǒng)和其他設(shè)備相連，這個(gè)液態(tài)氦分流系統(tǒng)是用來(lái)冷卻磁體的。

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)利用數(shù)千個(gè)種類不同，型號(hào)各異的磁體，給該加速器周圍的粒子束指引方向。這些磁體中包括15米長(zhǎng)的1232雙極磁體和392四極磁體，1232雙極磁體被用來(lái)彎曲粒子束，392四極磁體每個(gè)都有5到7米長(zhǎng)，它們被用來(lái)集中粒子流。在碰撞之前，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)利用另一種類型的磁體“擠壓”粒子，讓它們彼此靠的更近，以增加它們成功相撞的機(jī)會(huì)。這些粒子非常小，讓它們相撞，就如同讓從相距10公里的兩地發(fā)射出來(lái)的兩根針相撞一樣。

這個(gè)加速器、它的儀器和技術(shù)方面的基礎(chǔ)設(shè)施的操作器，都安裝在歐洲粒子物理研究所控制中心的同一座建筑內(nèi)。在這里，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)的粒子流將在加速器環(huán)周圍的4個(gè)區(qū)域相撞，這4個(gè)區(qū)域與粒子探測(cè)器的位置相對(duì)應(yīng)。

工作流程

兩個(gè)對(duì)撞加速管中的質(zhì)子，各具有的能量為 7 TeV （兆兆電子伏特），總撞擊能量達(dá) 14 TeV之譜。每個(gè)質(zhì)子環(huán)繞整個(gè)儲(chǔ)存環(huán)的時(shí)間為 89 微秒（microsecond）。因?yàn)橥郊铀倨鞯奶匦?，加速管中的粒子是以粒子團(tuán)（bunch）的形式，而非連續(xù)的粒子流。整個(gè)儲(chǔ)存環(huán)將會(huì)有2800個(gè)粒子團(tuán)，最短碰撞周期為 25 納秒（nanosecond）。在加速器開(kāi)始運(yùn)作的初期，將會(huì)以軌道中放入較少的粒子團(tuán)的方式運(yùn)作，碰撞周期為 75 納秒，再逐步提升到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

在粒子入射到主加速環(huán)之前，會(huì)先經(jīng)過(guò)一系列加速設(shè)施，逐級(jí)提升能量。其中，由兩個(gè)直線加速器所構(gòu)成的質(zhì)子同步加速器 （PS）將產(chǎn)生50 MeV的能量，接著質(zhì)子同步推進(jìn)器 （PSB）提升能量到1.4GeV。而質(zhì)子同步加速環(huán)可達(dá)到26 GeV的能量。低能量入射環(huán)（LEIR）為一離子儲(chǔ)存與冷卻的裝置。反物質(zhì)減速器 （AD）可以將3.57 GeV的反質(zhì)子，減速到2 GeV。最后超級(jí)質(zhì)子同步加速器(SPS）可提升質(zhì)子的能量到450 GeV。

LHC也可以用來(lái)加速對(duì)撞重離子，例如鉛（Pb）離子可加速到1150 TeV。由于LHC有著對(duì)工程技術(shù)上極端的挑戰(zhàn)，安全上的確保是極其重要的。當(dāng)LHC開(kāi)始運(yùn)作時(shí)，磁鐵中的總能量高達(dá)100億焦耳（GJ），而粒子束中的總能量也高達(dá)725百萬(wàn)焦耳（MJ）。只需要10?7總粒子能量便可以使超導(dǎo)磁鐵脫離超導(dǎo)態(tài)，而丟棄全部的加速粒子可相當(dāng)于一個(gè)小型的爆炸。

創(chuàng)始人物

林恩·埃文斯(Lyn Evans)，歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的領(lǐng)導(dǎo)者。是威爾士一位礦工的兒子，在阿布戴爾(Aberdare)中學(xué)時(shí)就對(duì)科學(xué)萌發(fā)了興趣，獲得了英國(guó)斯旺西大學(xué)的物理學(xué)博士學(xué)位。

1969年，他花3個(gè)月時(shí)間訪問(wèn)了歐洲核子物理研究組織（CERN）項(xiàng)目。從此，他和妻子以及家人就定居在這里。65歲的威爾士人林恩·埃文斯大概可以算得上是這個(gè)世界上對(duì)“爆炸”最執(zhí)著的人了。從小就愛(ài)用各種化學(xué)物質(zhì)搗鼓點(diǎn)小爆炸的他，長(zhǎng)大后又對(duì)宇宙大爆炸產(chǎn)生了興趣。

為了模擬宇宙大爆炸，解開(kāi)宇宙之謎，他一手“策劃”了堪稱世界上最大科學(xué)實(shí)驗(yàn)的歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）項(xiàng)目。從設(shè)計(jì)，建造，到實(shí)驗(yàn)，埃文斯已經(jīng)一路伴隨這個(gè)項(xiàng)目走過(guò)了近16個(gè)年頭。5個(gè)月前正式從歐洲核子研究中心（CERN）退休后，埃文斯?jié)u漸放慢了工作節(jié)奏，但他依然沒(méi)有離開(kāi)LHC項(xiàng)目。盡管不再擔(dān)任項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，他在CMS（緊湊繆子線圈）實(shí)驗(yàn)小組中仍然擔(dān)任著重要工作。

研究課題

歐洲核子研究中心于2008年9月10日啟動(dòng)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）。這個(gè)世界上最大的機(jī)器，有望揭開(kāi)宇宙起源的奧秘在內(nèi)五大謎團(tuán)。

過(guò)去幾十年來(lái)，物理學(xué)家不斷在細(xì)節(jié)上加深對(duì)構(gòu)成宇宙的基本粒子及其交互作用的了解。了解的加深讓粒子物理學(xué)的“標(biāo)準(zhǔn)模型”變得更為豐滿，但這個(gè)模型中仍存在縫隙，以至于我們無(wú)法繪制一幅完整的圖畫(huà)。為了幫助科學(xué)家揭示粒子物理學(xué)上這些關(guān)鍵性的未解之謎，需要大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)便擔(dān)負(fù)起“數(shù)據(jù)提供者”的角色，這也是非常重要的一個(gè)步驟。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)能夠?qū)墒|(zhì)子加速到空前的能量狀態(tài)而后發(fā)生相撞，此時(shí)的撞擊可能帶來(lái)意想不到的結(jié)果，絕對(duì)是任何人都無(wú)法想象的。

牛頓未完成的工作——什么是質(zhì)量？

質(zhì)量的起源是什么？為什么微小粒子擁有質(zhì)量，而其它一些粒子卻沒(méi)有這種“待遇”？對(duì)于這些問(wèn)題，科學(xué)家到現(xiàn)在也沒(méi)有找到一個(gè)確切答案。最有可能的解釋似乎可以在希格斯玻色子身上找到。希格斯玻色子是“標(biāo)準(zhǔn)模型”這一粒子物理學(xué)理論中最后一種尚未被發(fā)現(xiàn)的粒子，它的存在是整個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)模型”的基石。早在1964年，蘇格蘭物理學(xué)家彼得·希格斯(Peter Higgs）便首次預(yù)言存在這種粒子，科學(xué)家多次通過(guò)這臺(tái)機(jī)器觀測(cè)到這種粒子。

ATLAS和CMS實(shí)驗(yàn)將積極尋找這種難于捉摸的粒子存在跡象。

一個(gè)“看不見(jiàn)”的問(wèn)題——96%的宇宙由什么構(gòu)成？

我們?cè)谟钪嬷锌吹降囊磺小獜男∥浵伒骄薮蟮男窍怠际怯善胀Ｗ訕?gòu)成的。這些粒子被統(tǒng)稱為物質(zhì)，它們構(gòu)成了4%的宇宙。余下的部分據(jù)信由暗物質(zhì)——不發(fā)光的物質(zhì)和暗能量構(gòu)成，它們對(duì)于整個(gè)宇宙的構(gòu)成與運(yùn)行有著極其重要的作用。對(duì)它們進(jìn)行探測(cè)和研究的難度不可想象。研究暗物質(zhì)和暗能量的性質(zhì)是當(dāng)今粒子物理學(xué)和宇宙學(xué)面臨的最大挑戰(zhàn)之一。

ATLAS和CMS實(shí)驗(yàn)將尋找超級(jí)對(duì)稱的粒子，用于驗(yàn)證一種與暗物質(zhì)構(gòu)成有關(guān)的假設(shè)。

大自然的偏好——為什么找不到反物質(zhì)？

我們生活在一個(gè)由物質(zhì)構(gòu)成的世界，宇宙萬(wàn)物——包括我們?nèi)祟愒趦?nèi)都是由物質(zhì)構(gòu)成的。反物質(zhì)就像物質(zhì)的一個(gè)孿生兄弟，但它卻攜帶相反電荷。在宇宙誕生時(shí)，“大爆炸”產(chǎn)生了相同數(shù)量的物質(zhì)和反物質(zhì)。然而，一旦這對(duì)孿生兄弟碰面，它們就會(huì)“同歸于盡”，并最終轉(zhuǎn)換成能量。不知何故，少量物質(zhì)幸存下來(lái)，并形成我們現(xiàn)在生活的宇宙，而它的孿生兄弟反物質(zhì)卻幾乎消失得無(wú)影無(wú)蹤。為什么大自然不能一碗水端平，平等對(duì)待這對(duì)孿生兄弟呢？

LHCb實(shí)驗(yàn)將尋找物質(zhì)與反物質(zhì)之間的差異，幫助解釋大自然為何如此偏向。此前的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)觀察到兩者之間的些許不同，但迄今為止的研究發(fā)現(xiàn)還不足以解釋宇宙中的物質(zhì)和暗物質(zhì)為何在數(shù)量上呈現(xiàn)出明顯的不均衡。

“大爆炸”的秘密——物質(zhì)在宇宙誕生后的第一秒呈什么狀態(tài)？

構(gòu)成宇宙萬(wàn)物的物質(zhì)據(jù)信來(lái)源于一系列密集而熾熱的基本粒子?，F(xiàn)在宇宙中的普通物質(zhì)由原子構(gòu)成，原子擁有一個(gè)由質(zhì)子和中子構(gòu)成的核子，質(zhì)子和中子都是被稱之為“膠子”的其它粒子束縛夸克形成的。這種束縛非常強(qiáng)大，但在最初的宇宙，由于溫度極高加之能量巨大，膠子很難將夸克結(jié)合在一起。也就是說(shuō)，這種束縛似乎是在“大爆炸”發(fā)生后的最初幾微秒內(nèi)形成的，此時(shí)的宇宙擁有一個(gè)由夸克和膠子構(gòu)成的非常熾熱而密集的混合物，也就是所說(shuō)的“夸克-膠子等離子體”。

ALICE實(shí)驗(yàn)將利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)模擬大爆炸發(fā)生后的原始宇宙形態(tài)，分析夸克-膠子等離子體的性質(zhì)。

隱藏的世界——空間的額外維度真的存在嗎？

根據(jù)愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論，人類生存的三維空間加上時(shí)間軸即構(gòu)成所謂四維時(shí)空。后來(lái)的理論認(rèn)為，可能存在擁有隱藏維度的空間。弦理論便暗示額外的空間維度尚未被人類觀察到，它們似乎會(huì)在高能條件下顯現(xiàn)出來(lái)。基于這種推測(cè)，科學(xué)家將對(duì)所有探測(cè)器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)分析，以尋找額外維度存在跡象。

物理學(xué)家希望借由加速器對(duì)撞機(jī)來(lái)幫助他們解答下列的問(wèn)題：

標(biāo)準(zhǔn)模型中所流行的造成基本粒子質(zhì)量的希格斯機(jī)制是真實(shí)的嗎？

真是如此的話，希格斯粒子有多少種，質(zhì)量又分別是多少呢？

當(dāng)重子的質(zhì)量被更精確的測(cè)量時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)模型是否仍然成立的？

粒子是否有相對(duì)應(yīng)的超對(duì)稱（SUSY）粒子存在？

為何物質(zhì)與反物質(zhì)是不對(duì)稱的？

有更高維度的空間（Kaluza-Kleintheory,extradimensions）存在嗎？

我們可以見(jiàn)到這啟發(fā)弦論的現(xiàn)象嗎？

宇宙有96%的質(zhì)量是天文學(xué)上無(wú)法觀測(cè)到的，這些到底是什么？

為何萬(wàn)有引力比起其他三個(gè)基本作用力（電磁力，強(qiáng)作用力，弱作用力）差了這么多個(gè)數(shù)量級(jí)？

重離子對(duì)撞機(jī)

雖然LHC的物理實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，著重于研究質(zhì)子對(duì)撞后的現(xiàn)象。然而，短期的如每年一個(gè)月的重離子對(duì)撞也在實(shí)驗(yàn)計(jì)劃之中。雖然其他較輕的離子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)也是可行的，主要的規(guī)劃為鉛離子的對(duì)撞實(shí)驗(yàn)。

獲得榮譽(yù)

世界上最大的機(jī)器

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的精確周長(zhǎng)是2.6659萬(wàn)米，內(nèi)部總共有9300個(gè)磁體。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)不僅是世界上最大的粒子加速器，而且僅它的制冷分配系統(tǒng)（cryogenic distribution system）的八分之一，就稱得上是世界上最大的制冷機(jī)。制冷分配系統(tǒng)在充滿近60噸液態(tài)氦，將所有磁體都冷卻到零下271.3℃（1.9開(kāi)氏度）前，它將先利用1.008萬(wàn)噸液態(tài)氮將這些磁體的溫度降低到零下193.2℃。

世界上最快的跑道

功率達(dá)到最大時(shí)，數(shù)萬(wàn)億個(gè)質(zhì)子將在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)周圍的加速器環(huán)內(nèi)以每秒1.1245萬(wàn)次的頻率急速穿行，它們的速度是光速的99.9999991%。兩束質(zhì)子束分別以70000億電子伏特的最大功率相向而行，在功率達(dá)到140000億電子伏特時(shí)發(fā)生碰撞。每秒總共能發(fā)生大約6億次撞擊。

太陽(yáng)系中最空的空間

為了避免加速器中的粒子束與空氣分子相撞，這些粒子束在像行星間的空間一樣空蕩的超真空環(huán)境中穿行。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的內(nèi)壓是10^（-13）（10的負(fù)13次方）個(gè)大氣壓，比月球上的壓力小10倍。

銀河系最熱點(diǎn)

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是一個(gè)極熱和極冷并存的機(jī)器。當(dāng)兩束質(zhì)子束相撞時(shí)，它們將在一個(gè)極小的空間內(nèi)產(chǎn)生比太陽(yáng)中心熱10萬(wàn)倍的高溫。與之相比，促使超流體氦在加速器環(huán)周圍循環(huán)的制冷分配系統(tǒng)，讓大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)保持在零下271.3℃（1.9開(kāi)氏度）的超低溫環(huán)境下，這個(gè)溫度比外太空的溫度還低。

史上最先進(jìn)的探測(cè)器

為了抽樣檢查和記錄每秒多達(dá)6億次的質(zhì)子相撞結(jié)果，物理學(xué)家和工程師已經(jīng)制造了測(cè)量粒子的精確度是微米的龐大儀器。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的探測(cè)器擁有先進(jìn)的電子觸發(fā)系統(tǒng)，它測(cè)量粒子經(jīng)過(guò)時(shí)所用時(shí)間的精確度，大約是十億分之一秒。這個(gè)觸發(fā)系統(tǒng)在確定粒子的位置時(shí)，精確度可達(dá)百萬(wàn)分之一米。這種令人難以置信的快速和精確反應(yīng)，是確保一個(gè)探測(cè)器連續(xù)層內(nèi)記錄的粒子保持一致的基礎(chǔ)。

世界最強(qiáng)大計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

記錄大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)進(jìn)行的每項(xiàng)大試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，每年大約足夠刻10億張雙面DVD光盤。據(jù)估計(jì)，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的壽命是15年。為了讓世界各地的數(shù)千名科學(xué)家在未來(lái)15年內(nèi)通力合作，分析這些數(shù)據(jù)，分布在世界各地的好幾萬(wàn)臺(tái)電腦將利用一種被稱作網(wǎng)格的分散式計(jì)算網(wǎng)（distributed computing network）實(shí)施研究工作。

世界各地的數(shù)千名科學(xué)家都希望了解并分析這些數(shù)據(jù)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，目前歐洲粒子物理研究所（CERN）正在建一個(gè)分散的計(jì)算和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)施——大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)計(jì)算網(wǎng)格（LCG）。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，將通過(guò)歐洲粒子物理研究所記錄在磁帶進(jìn)行原始文件備份后，再分發(fā)到世界各地。經(jīng)過(guò)初始加工，這種數(shù)據(jù)將被傳送到可為大量數(shù)據(jù)提供充足儲(chǔ)存空間的一系列大型計(jì)算機(jī)中心，這些計(jì)算機(jī)中心一天二十四小時(shí)不停地為大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)計(jì)算網(wǎng)格提供服務(wù)。

中國(guó)臺(tái)灣也參與其中，負(fù)責(zé)其中兩項(xiàng)重要系統(tǒng)的研發(fā)，并處理龐大實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。亞洲唯一的電腦中心就設(shè)在臺(tái)灣的中研院。這次臺(tái)灣約有40名科學(xué)家參與這項(xiàng)國(guó)際實(shí)驗(yàn)，負(fù)責(zé)世界上最大與最重的偵測(cè)器研發(fā)，而且處理龐大實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所倚賴的「網(wǎng)格電腦」就設(shè)在臺(tái)灣的中研院。

經(jīng)過(guò)這些計(jì)算機(jī)中心的處理，其他設(shè)備就可使用這些數(shù)據(jù)了，其他的設(shè)備每個(gè)都有一個(gè)或幾個(gè)實(shí)施特殊分析任務(wù)的聯(lián)合計(jì)算機(jī)中心組成。當(dāng)個(gè)科學(xué)家可通過(guò)大學(xué)部門的局域網(wǎng)或個(gè)人電腦了解這些設(shè)備，這些人可能會(huì)經(jīng)常查看大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)計(jì)算網(wǎng)格。

中國(guó)研發(fā)

2014年7月，中國(guó)北京高能物理研究所正在籌備一個(gè)兩倍于LHC的環(huán)形粒子對(duì)撞機(jī)。

中國(guó)將要修建的對(duì)撞機(jī)周長(zhǎng)達(dá)到了52公里，對(duì)撞能量高達(dá)70 TeV。按計(jì)劃，中國(guó)的對(duì)撞機(jī)將在初期階段只針對(duì)電子，且對(duì)撞能量?jī)H有能量240 GeV，而后期則逐漸開(kāi)足馬力進(jìn)行質(zhì)子對(duì)撞。

預(yù)計(jì)中國(guó)的對(duì)撞機(jī)將在2028年投入使用，耗資30億美元，目前尚不清楚這是否是一個(gè)與國(guó)外同行攜手進(jìn)行的聯(lián)合項(xiàng)目。