世界上最大的粒子加速器LHC已經(jīng)穩(wěn)定運行了20年，這是迄今為止人類制造的最復雜的超大機器之一，粒子加速器LHC位于法國和瑞士的邊界地帶，埋藏在地下100米的深處，加速器洞體圍成了周長達27公里的環(huán)圈。2008年9月10日，實驗室的科學家第一次為加速器注入了取自于氫原子核中的質(zhì)子，科學家歡欣鼓舞的心情僅持續(xù)了幾天，2008年的9月22日，粒子加速器發(fā)生了一起故障，有50多塊大磁鐵受到損壞，加速器總共安裝了6000塊大磁鐵，加速器磁場將質(zhì)子束縛在圓形的管道之內(nèi)，修復工程進行了一年多，2010年3月，粒子加速器LHC重新投入運行。

歐洲原子核研究中心（CERN）建造了一個最大的粒子物理實驗室，歐洲在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束之后設(shè)立了原子核研究中心，這個研究型組織設(shè)立的目的是重拾科學精神，在科學的指引下把分裂的歐洲重新聚合在一起，粒子加速器實驗室是重建被戰(zhàn)火蹂躪的歐洲的重大項目之一，投入的經(jīng)費高達100億歐元。粒子加速器實驗室LHC在科學理念的指引下已轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€國際性的研究機構(gòu)，全球六個大洲的100個國家派出了數(shù)千名科學家，超級實驗室的運行和管理體現(xiàn)了國際科學合作精神。

人們一直對LHC的運動方式和超大規(guī)模感到好奇，加速器的基本原理是將經(jīng)過加速的兩束質(zhì)子流以最高的能量進行碰撞。在周長27公里的環(huán)圈上設(shè)置了6個實驗室，安置在地下洞穴的巨型探測器用于對質(zhì)子碰撞之后留下的信息進行收集。歐洲原子能機構(gòu)建造LHC的目的是通過實驗手段揭示微觀世界的奧秘?；玖Ｗ邮俏镔|(zhì)組成的基本材料，最基礎(chǔ)性的科學問題是基本粒子的存在和它們的相互作用。LHC在過去近二十年取得的成就沒有令人失望，科學家用龐然大物的超級機器發(fā)現(xiàn)了其中之一希格斯粒子，它是科學家長期以來尋找的一種基本粒子。

希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)證實了英國科學家希格斯在1964年做出的一項預言，有兩種理論解釋了兩種自然基本力，希格斯在將兩種理論結(jié)合起來的基礎(chǔ)上預言了希格斯粒子的存在。粒子加速器LHC有一個被稱為緊湊型繆子螺旋管探測器（CMS）的實驗室，目的是尋找理論預言中的希格斯粒子。粒子加速器LHC的一項最有意義的發(fā)現(xiàn)是希格斯粒子的“重見光明”，2012年7月4日，實驗團隊的科學家在歐洲原子能中心（CERN）公布了這項令人驚奇的發(fā)現(xiàn)，全球科學人士為之感到振奮無比。

在粒子物理標準模型的版圖中，希格斯玻色子是最后一個被發(fā)現(xiàn)的粒子，補齊了標準版圖中的最后一塊拼圖。物理學家用一個圖譜樣式表現(xiàn)了粒子物理的標準模型，覆蓋了所有已知的17種基本粒子和三種自然基本力以及它們的相互作用，然而，萬有引力沒有納入標準模型的版圖，標準模型是一個多次得到實驗證實的令人難以置信的相對完美理論，有6位科學家為希格斯粒子理論做出了主要的貢獻，其中的兩位科學家——弗朗索瓦·恩格勒特和彼得·希格斯由于希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)而獲得了2013年的物理學諾貝爾獎。

科學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了希格斯粒子，他們?nèi)栽谶M行質(zhì)子的粉碎性實驗，很多希格斯粒子的屬性問題有待深入的解釋，仍然有很多粒子物理學的問題不能從標準模型的理論中找到回答，例如：天文學家在觀測星系和大尺度的宇宙結(jié)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)，在宇宙中存在比觀測到的物質(zhì)多得多的物質(zhì)，他們將看不見的物質(zhì)稱之為“暗物質(zhì)”，有一種最常見的理論解釋，暗物質(zhì)由暗物質(zhì)粒子組成，粒子加速器LHC的物理學家把希望寄托在實驗手段上，發(fā)現(xiàn)它們的痕跡，研究它們的屬性。2018年9月，在粒子加速器LHC的ATLAS和CMS實驗室從事研究活動的科學家宣布了一項重大成果，第一次發(fā)現(xiàn)了希格斯粒子的衰變。

希格斯粒子衰變的發(fā)生有多種方式，有些衰變方式是科學家熟悉的或是常見的衰變，有些衰變方式是科學家不熟悉的或是不常見的衰變。從粒子物理的標準模型預測了希格斯粒子的衰變方式，關(guān)鍵是要用實驗結(jié)果檢驗標準模型的預測，目前的檢結(jié)果測顯示，標準模型對希格斯粒子衰變的預測是正確的，再次證明了粒子標準模型是一個相當成功的理論。更多的宇宙謎團等待著學家的回答，物理學面臨了一個接一個的難題，也許到了建立新物理學理論的時候，但很多問題至今沒有取得令人滿意的答案，

例如：在可觀測的宇宙中，物質(zhì)的數(shù)量遠遠超出了反物質(zhì)的數(shù)量，引力是四種自然基本力中最弱的一種，它比其它三種自然基本力低出了若干個數(shù)量級。粒子加速器LHC的國際合作團隊仍在繼續(xù)檢驗粒子物理標準模型的有效性，將實驗數(shù)據(jù)和理論的描述進行比較，可能出現(xiàn)不一樣的情形，假如實驗數(shù)據(jù)與理論的描述相互一致，這意味著存在科學家難以解釋的神秘現(xiàn)象，粒子加速器LHC的未來目標是盡可能地發(fā)現(xiàn)科學家難以解釋的實驗數(shù)據(jù)。

數(shù)百個、甚至上千個新奇的理論預測了新物理學的產(chǎn)生，這些理論描述還沒有得到天文和實驗觀測的證實，而物理實驗是最好的檢測手段。歐洲原子能中心（CERN）計劃延長LHC的運行時間，至少將LHC的探測使命延長到2035年，實驗室的科學家制定了加速器和探測器的更新?lián)Q代計劃，有些科學家在2035年已經(jīng)退休了，但大型加速器LHC一直在“服役”。十年之前，LHC的科學家焦急地等待第一束質(zhì)子在加速器“飛轉(zhuǎn)”，LHC實驗室的科學家不斷挖掘大數(shù)據(jù)的“寶庫”，從中尋找科學發(fā)現(xiàn)的各種途徑。面對未來的十年，粒子加速器LHC的各國科學家將攜手共進，在粒子物理學的領(lǐng)域取得更多的發(fā)現(xiàn)成果。

（編譯：2021-1-7）

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