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癮科學:大型強子對撞器,倒數 25 天。

Andy Yang
2008 年 6 月 12 日, 傍晚 09:00
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位於瑞士日內瓦,歸歐洲核子研究組織 CERN 管轄的大型強子對撞器(Large Hadron Collider, LHC)將於 25 天後正式啟用,並開始加速粒子。首次撞擊將在啟用後約兩個月實行。LHC 啟用後將是世界最強大的高能粒子加速器,加速的質子流可以攜帶高達 7 TeV(兆電子伏特)的能量,也就是說對撞時的總能量高達 14 TeV,約是目前最強的對撞器 Tevatron 的 14 倍。然而,建造這樣的撞擊器花費實在太高(LHC 預計花費在 50~100 億美元之間,詳細還在計算),而且撞擊器除了純粹的科學用途之外沒有別的用途,短時間內 -- 甚至你我的一生內 -- 都不見得能見到一台更大的撞擊器了。唯一再建造下去的理由,就是 LHC 能證明有更多更重要的粒子藏在標準模型所到不了的地方,只有更強力的撞擊器才能撞出解答來。但即使是那時候,應該把這錢花在科學上,還是花在改善民生經濟上,恐怕又是一個沒有結局的爭論吧!

LHC 的主要任務,是要設法撞出傳說中的「神之粒子」希格斯玻色子。當撞擊的能量愈來愈高時,粒子的狀態會愈來愈接近宇宙剛誕生的狀態,而許多本來應該不相關的粒子,就可能在撞擊中回覆到「本來」的狀態。希格斯玻色子就這種「本來」的粒子中的一種,是為什麼大部份我們日常生活中的物體帶有質量的原因。如果能順利發現希格斯玻色子,那將一口氣解決一大堆物理學上的難題,像是為什麼有質量,引力的來源,引力和其他幾種力之間的關系等等。反之,問題就大條了 --要嘛就是標準模型出了問題,要不然就是量子理論出了問題。不論哪一種對物理學界都是一記重拳。

就算希格斯玻色子被找到了,它的屬性也會是爭論的焦點。從目前已知的資料來看,太輕,宇宙會解體,太重,宇宙會塌陷,剛剛好...宇宙似乎也不該存在。總之,在怪異的量子理論主導下,科學家只能走一步是一步,設想了許多可能的解套方案,等到希格斯玻色子的存在先被確定後,再尋找這個所謂的「自然性問題」的解答。

當然,這麼強大的撞擊器一定會有許多問題的。現實地來說,運作中的 LHC 光磁鐵內就含有 100 億焦耳的能量,粒子束中也含有 7.25 億焦耳的能量,如果發生意外導致粒子束脫離常軌,足以發生一場不小的爆炸。不過這還算好的,畢竟最可怕的是在這麼高能的情況撞擊,天曉得有可能撞出什麼東西來。據維基百科的寫法(挖這種東西看維基就對了),可能出現的東西有黑洞、奇異物質、磁單極和真空態的相變等,許多東西雖然看似都在標準模型或已知的物理模型之外,應該不可能發生,但 LHC 的任務本來就是要撞出一個未知的世界,即使科學家對這個世界已經有一個大概的概念,但回想一下當年剛試爆核彈的時候,不是也沒想到輻射線對人體會有這麼大的傷害嗎?

公平的說,出狀況的機會真的不大,畢竟和宇宙相比 LHC 產生的能量可以說是微不足道的。但不論是撞出新的粒子、新的理論、新的科學還是世界末日,LHC,還有 25 天啟用。