歐洲大型強子對撞機

歐洲大型強子對撞機——80國科學家聯手解開宇宙大爆炸之謎

工程總投資：100億美元工程期限：1994年——2025年

這是晨光中的「創新球」系統。這個木質球體結構最初是為瑞士展覽會Expo"02建造，直徑40米，高27米。

2008年9月10日上午9時36分左右（北京時間15時36分），被稱為世界規模最龐大的科學工程的歐洲大型強子對撞機（Large Hadron Collider，簡稱LHC），在位於瑞士-法國邊界的對撞機控制室正式啟動。隨著第一束質子束被注入，安裝在地下100米深的27公里長環形隧道內的世界上最大的粒子對撞機開始運行。

大型強子對撞機（LHC）是一個國際合作的計劃，最初構想從1980年首度出現，1994年開始設計建造。它由歐洲20個國家聯手發起，來自80多個國家和地區的約7000名科學家和工程師參與了建設，總投資達60億至100億美元。作為觀察國的中國參與了4個大試驗的設備建造，中國科學院高能物理研究所、北京大學、清華大學、中國原子能科學研究院、中國科技大學、南京大學、山東大學、華中師範大學和華中科技大學等科研院所和高校的科研人員參加了部分實驗。中國科學家可以平等地享用對撞試驗產生的100%的數據。

1999年以來，中國組(中科院高能所和北京大學等高校和科研機構的科學家)承擔起LHC上兩個最關鍵的實驗探測裝置之一CMS端部和桶部部分u探測器陰極室和阻性板室的研製任務,目前中國組已圓滿完成該任務的研究、製造、測試、安裝任務,並投入到LHC試驗中。

　　歐洲大型強子對撞機是目前世界最大的粒子加速器，它建於瑞士和法國邊境地區地下100米深處的環形隧道中，隧道全長26.659公里。隧道本身直徑三米，位於同一平面上，並貫穿瑞士與法國邊境，主要的部份大半位於法國，走完全程要花４個多小時。你可以將百慕大、摩納哥和４個梵蒂岡塞進它所佔的區域內。隧道內將維持在-271℃的極低溫。這一溫度將會出現超導現象，使得粒子在管道中幾乎不受任何阻力，以至接近光速。對撞機從2003年開始建造，整個工程耗去54.6億美元。

在一項長達10小時的實驗中，粒子束的運行距離可能超過100億公里(60億英里)，足以在地球與海王星之間做個往返。在達到最大強度時，每一個粒子束擁有的能量相當於一輛以每小時1600公里(1000英里)行進的汽車。大型強子對撞機將消耗120兆瓦電量，相當於日內瓦所有家庭的用電量。

　　科學家希望，能夠在對撞機前所未有的對撞能量幫助下，製造「迷你版」宇宙大爆炸之後的瞬間狀況，探秘「希格斯玻色子」(Higgs boson)，「暗物質」，「暗能量」等其他未解之謎。希格斯玻色子以英國物理學家彼得·希格斯名字命名，他在44年前提出，希格斯玻色子是物質的質量之源以及電子和夸克等形成質量的基礎，這種粒子給其他粒子賦予了質量，但它一直未被發現。

這台吸引了全世界物理學家目光的「巨無霸」原計劃於8月份開動，但由於北京奧運會的熱度，所有的電視頻道都被佔用，而LHC的科學家希望能夠向全世界進行現場直播啟動儀式，以展現現代物理學對當代社會的重要作用，因此推遲到了今天。

歐洲核子研究中心（CERN）大型強子對撞機項目主任林恩·埃萬斯發布了啟動命令，當質子束抵達對撞機第八段隧道的終點時，計算機屏幕上亮起兩個白點，說明質子完成了大型強子對撞機整個長度的旅程。此時的項目負責人埃文斯(Lyn Evans)只說了一句話——「到了。」數百名科學家打開香檳慶祝首次運行成功。

在此次測試中，粒子束的運行方向是順時針的，CERN還計划進行逆時針運行的測試。如果接下來幾周對設備及系統運行狀況的測試和評估一切正常，那麼在10月中下旬，順時針和逆時針運行的兩個粒子束將進行首次對撞試驗。如果一切順利，LHC將在年底前實現兩束各達5萬億電子伏特能量的質子束對撞，此能量將是以前世界紀錄的5倍。按計劃，質子束流明年夏天將達到7萬億電子伏特的設計能量。

大型強子對撞機位於瑞士、法國邊境地下100米深的環形隧道中，隧道全長達27公里

電腦繪製的歐洲大型強子對撞機整體結構圖　　它有什麼用途？　　大型強子對撞機將兩束質子分別加速到7TeV（7萬億電子伏特）的極高能量狀態，並使之對撞。其能量狀態可與宇宙大爆炸後不久的狀態相比。粒子物理學家將利用質子碰撞後的產物探索物理現象，例如，尋找標準模型預言的希格斯粒子、探索超對稱、額外維等超出標準模型的新物理。

它為什麼這麼大？　　事實上，你應該問為什麼它這麼小。答案是為了節省成本。物理學家們沒有開鑿一條昂貴的新隧道來容納新的對撞機，而是決定拆掉原來安置在歐洲原子核研究中心的正負電子加速器，代之以建造大型強子對撞機所需要的５萬噸設備。當兩個質子束在環形隧道中沿著反方向運動的時候，強大的電場使它們的能量急劇增加。這些粒子每運行一圈，就會獲得更多的能量。要保持如此高能量的質子束繼續運行需要非常強大的磁場。這麼強的磁場是由冷卻到接近絕對零度的超導電磁體產生的。

誰在為它工作？　　來自大約80個國家的7000多名科學家和工程師。

意義：世界上規模最大的科學計劃，將帶來重大物理學發現的一個新黃金時代 ；目的：揭示宇宙起源，尋找上帝粒子希格斯玻色子；工作原理：將高度活躍的質子以超快速度撞擊到一起，上演微縮版的「宇宙大爆炸」 ；地點：位於瑞士、法國邊境地下100米深的環形隧道中，隧道全長26.659公里 ；耗資：超過100億美元

大型強子對撞機隧道內的冷磁體

工作原理：

大型強子對撞機主要由一個27公里長的超導磁體環和許多促使粒子能沿著特定方向傳播的加速結構組成。

大型強子對撞機磁體高16米，長、寬均有10多米，重達1920噸。工程技術人員專門建造了一個巨型吊架，用4根粗鋼纜吊住這個磁體，藉助液壓頂泵將磁體緩慢放入隧道。它長達27公里的環形隧道可被用來加速粒子，使其相撞，創造出與宇宙大爆炸萬億分之一秒時類似的狀態。在高能物理實驗中，粒子加速器和探測器是常用設備。探測器用來探測碰撞產生的微小粒子，記錄粒子能量、質量等信息。強子對撞機上共有4個對撞點，各裝有一個探測器，其中一個為CMS(緊湊型μ介子螺線管)探測器。

　　在這個加速器裡面，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不同光束管，向相反方向傳播，這兩根管子都處於超高真空狀態。一個強磁場促使它們圍繞那個加速環運行，這個強磁場是利用超導電磁石獲得的。這些超導電磁石是利用特殊電纜線製成的，它們在超導狀態下進行操作，有效傳導電流，沒有電阻消耗或能量損失。要達到這種結果，大約需要將磁體冷卻到零下271攝氏度，這個溫度比外太空的溫度還低。由於這個原因，大部分加速器都與一個液態氦分流系統和其他設備相連，這個液態氦分流系統是用來冷卻磁體的。

　　大型強子對撞機利用數千個種類不同，型號各異的磁體，給該加速器周圍的粒子束指引方向。這些磁體中包括15米長的1232雙極磁體和392四極磁體，1232 雙極磁體被用來彎曲粒子束，392四極磁體每個都有5到7米長，它們被用來集中粒子流。在碰撞之前，大型強子對撞機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會。這些粒子非常小，讓它們相撞，就如同讓從相距10公里的兩地發射出來的兩根針相撞一樣。

　　這個加速器、它的儀器和技術方面的基礎設施的操作器，都安裝在歐洲粒子物理研究所控制中心的同一座建築內。在這裡，大型強子對撞機內的粒子流將在加速器環周圍的4個區域相撞，這4個區域與粒子探測器的位置相對應。

工作人員正在對大型強子對撞機隧道內的磁體陣列進行檢查。每個磁體都處在恰當位置非常重要，因為這樣才能對光束的路徑進行精確控制。

將這個跟蹤器插入壓縮介子線圈探測器的心臟部位。

歐洲大型強子對撞機之最

世界上最大的機器

　　大型強子對撞機的精確周長是2.6659萬米，內部總共有9300個磁體。不僅大型強子對撞機是世界上最大的粒子加速器，而且僅它的製冷分配系統(cryogenic distribution system)的八分之一，就稱得上是世界上最大的制冷機。製冷分配系統在充滿近60噸液態氦，將所有磁體都冷卻到零下271.3攝氏度(1.9開氏度)前，它將先利用1.008萬噸液態氮將這些磁體的溫度降低到零下193.2攝氏度。

世界上最快的跑道

　　功率達到最大時，數萬億個質子將在大型強子對撞機周圍的加速器環內以每秒1.1245萬次的頻率急速穿行，它們的速度是光速的99.99%。兩束質子光束分別以70億電子伏特的最大功率相向而行，在功率達到140億電子伏特時發生碰撞。每秒總共能發生大約6億次撞擊。

太陽系中的最空的空間

　　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境中穿行。大型強子對撞機的內壓是10-13個大氣壓，比月球上的壓力小10倍。

銀河系中最熱的熱點但比外太空要冷

　　大型強子對撞機是一個極熱和極冷的機器。當兩束質子束相撞時，它們將在一個極小的空間內產生比太陽中心熱10萬倍的高溫。與之相比，促使超流體氦在加速器環周圍循環的製冷分配系統，讓大型強子對撞機保持在零下271.3攝氏度(1.9開氏度)的超低溫環境下，這個溫度比外太空的溫度還低。

有史以來最大最先進的探測器

　　為了抽樣檢查和記錄每秒多達6億次的質子相撞結果，物理學家和工程師已經製造了測量粒子的精確度是微米的龐大儀器。大型強子對撞機的探測器擁有先進的電子觸發系統，它測量粒子經過時所用時間的精確度，大約是十億分之一秒。這個觸發系統在確定粒子的位置時，精確度可達百萬分之一米。這種令人難以置信的快速和精確反應，是確保一個探測器連續層內記錄的粒子保持一致的基礎。

世界最強大的超級計算機系統

　　記錄大型強子對撞機進行的每項大試驗的數據，每年大約足夠刻10億張雙面DVD光碟。據估計，大型強子對撞機的壽命是15年。為了讓世界各地的數千名科學家在未來15年內通力合作，分析這些數據，分布在世界各地的好幾萬台電腦將利用一種被稱作網格的分散式計算網(distributed computing network)實施研究工作。數據將被傳送到可為大量數據提供充足儲存空間的一系列大型計算機中心，這些計算機中心一天二十四小時不停地為大型強子對撞機計算網格提供服務。

與LHC有關的三大科學巨頭

霍金——「撞出黑洞我就能得諾貝爾獎」

有些科學家為了使用大型強子對撞機等待了20年。　　英國《泰晤士報》網站9月9日發表文章，題目是「霍金用50英鎊就世界、宇宙和上帝粒子打賭」，摘要如下。　　當世界上最大的原子粉碎機開始進行粒子撞擊的時候，有一種可能性是，它會產生一個微型黑洞。如果這種微型黑洞出現，地球不會如某些杞人憂天者所說的那樣被摧毀———但它會為斯蒂芬·霍金教授贏得諾貝爾獎。　　就在科學家們為明天上午大型強子對撞機(LHC)的啟動做最後準備之際，霍金這位最著名的物理學家說，如果這台對撞機製造出一個黑洞，從而證實了他自己的理論，毫無疑問他會獲得諾貝爾獎。但這位劍橋大學的數學系教授對這樣的勝利並不抱有希望。他計算得出，LHC對撞機形成黑洞的幾率還不到1%。他說：「我認為，LHC產生足夠的能量以形成黑洞的可能性低於1%。因此我並未屏息期待。」事實上，LHC讓霍金輸掉他同密歇根大學教授戈迪·凱恩的打賭的可能性要大得多。他們賭的是希格斯玻色子是否存在。霍金不相信真的存在這種所謂的「上帝粒子」———讓物質具有質量的粒子，而凱恩則認為，人們很快就會找到它。2000年霍金用100美元與凱恩打了這個賭。

　　如果希格斯玻色子確實存在，LHC幾乎肯定能找到它。霍金說：「LH C會讓我們研究粒子相互作用時所需的能量水平再增加1/4。根據目前的理論，這應該足以發現希格斯玻色子，這種讓其他所有粒子具有質量的粒子。我認為如果沒有找到希格斯粒子會更加令人興奮。這將表明有些地方出錯了，我們需要重新思考。我賭了100美元，賭我們找不到希格斯粒子。」 如果希格斯玻色子找到了，那麼該理論的提出者———愛丁堡大學的彼得·希格斯教授和兩位不知名的比利時物理學家弗朗索瓦·恩格勒特和羅伯特·布魯———幾乎肯定會因此而榮獲諾貝爾獎。　　霍金關於自己可能獲得諾貝爾獎的說法是根據另一項物理學理論：他在1974年提出黑洞會發出輻射，儘管它們的引力極強。這一想法最初受到廣泛質疑，但「霍金輻射」現在已被普遍接受，儘管像希格斯玻色子一樣，也沒有直接證據表明其真實存在。　　LHC對撞機有可能產生迅速衰變的微型黑洞，就像霍金設想的那樣。但人們不確定加速器能否獲得黑洞形成所需的巨大能量。然而即使黑洞形成了，也不會構成威脅，因為證明它們有生成可能性的數學運算同時還決定了它們會立即衰變。　　霍金說：「如果LHC中的粒子對撞製造出了一個微型黑洞———當然這是不太可能出現的，這個黑洞也會消散殆盡，產生獨特的粒子模式。在地球大氣層中，像這樣的或更大能量級別的對撞每天要發生數百萬次，也沒有造成任何惡果。」

埃文斯——LHC締造者從小愛玩爆破

　　一手策劃這個大型實驗林恩·埃文斯博士是英國威爾士一名礦工的兒子，從小就喜歡爆炸。這位63歲的物理學家日前透露，他小時候曾在住宅里用化學裝置製造過規模較小的爆炸，這激發了他對科學的熱情。他對物理學的興趣在上男子小學的時候變濃了，當時的物理課還有一種另外的吸引力，因為附近的一所學校沒有物理老師，所以該校的女生會坐巴士來他們學校上物理課。

希格斯——「上帝粒子」之父期待80歲壽禮

　　英國科學家希格斯於1964年首先提出「上帝粒子」(希格斯玻色子)的概念，以此解釋為何物質有質量，以及為何這些能凝聚成星體。希格斯即將迎來80歲生日，今年他在參觀大型強子對撞機後感慨道：這一機器讓他找到信心，「幾乎可以確定，不久就可以發現希格斯玻色子」。

粒子物理學的「聖杯」——希格斯玻色子

　　人們早已發現，自然界中物體之間千差萬別的相互作用，可以簡單劃分為4種力：即引力、電磁力、維持原子核的強作用力和產生放射衰變的弱作用力。在愛因斯坦的相對論解決了重力問題後，人們開始嘗試建立一個統一的模型，以期解釋通過後3種力相互作用的所有粒子。　　經過長期研究和探索，科學家們建立起被稱為「標準模型」的粒子物理學理論，它把基本粒子（構成物質的亞原子結構）分成3大類：夸克、輕子與玻色子。「標準模型」的出現，使得各種粒子如萬鳥歸林般擁有了一個共同的「家園」。但是這一「家園」有個致命缺陷，那就是該模型無法解釋物質質量的來源。　　為了修補上述理論大廈的缺陷，英國科學家彼得?希格斯提出了希格斯場的存在，並進而預言了希格斯玻色子的存在。假設出的希格斯玻色子是物質的質量之源，是電子和夸克等形成質量的基礎。其他粒子在希格斯玻色子構成的「海洋」中游弋，受其作用而產生慣性，最終才有了質量。爾後所有的粒子在除引力外的另3種力的框架中相互作用，統一於「標準模型」之下，構築成大千世界。　　「標準模型」預言了62種基本粒子的存在，這些粒子基本都已被實驗所證實，而希格斯玻色子是最後一種未被發現的基本粒子。因此，尋找該粒子，被比喻為尋找粒子物理學領域的「聖杯」。

一名電焊工人在大型強子對撞機隧道內的強子對撞機的兩個超導磁體系統之間忙碌著。

粒子撞擊試驗的現實價值

即使能發現製造宇宙物質質量的希格斯玻色子，這項試驗對我們的生活又有什麼實際的好處呢？能讓我們更便捷上網嗎？收看到更多電視頻道嗎？紐約市立大學理論物理學教授加來道雄（Michio Kaku）表示，物理學試驗的潛在回報體現在多個方面：

其一，電信。先前的物理學試驗帶來了數據處理方面的挑戰，這令CERN於1990年創造出了萬維網。同樣，LHC也將引領我們進入一個全球分散式計算和大量數據更有效貯存的時代。更好地了解亞原子世界將導致量子計算和超安全通信方面取得突破。事實上，LHC進行的每一個大型試驗一年所獲得的數據，可以刻滿十萬張雙面DVD。為了對這些數據進行分析，世界各地成千上萬名科學家都要參與進來，他們所使用的數萬台甚至數十萬台計算機藉助分散式計算網路（網格計算）聯合在一起，構成了全球最強大的超級計算機系統。

其二，醫療。粒子加速器目前在癌症治療和醫學成像方面的作用越來越顯著。許多醫院利用質子、碳離子甚至是反物質等帶電粒子來治療癌症。用於開發LHC的新技術將來會在醫院找到廣闊的用武之地。為LHCb試驗建造的超靈敏光子探測器就是一個重要的例證，此項目發言人羅傑·弗迪說：「我覺得它們在醫療領域的應用就像異花授粉。」

其三，能源：加來道雄表示，通過LHC獲得的認識可能在未來數十年內用於開發新能源，比如可控的核聚變電站。微型黑洞的產生甚至可能在能源需求中扮演一個長遠性的角色。他說：「一些人認為外太空的黑洞可能是未來人類的能源。」

如果看更長遠地來看，對宇宙的深入探索總是會帶來技術突破。利用機械力導致19世紀的蒸汽機的出現，人類進入了工業時代，電力與磁力的統一導致計算機、激光和20世紀的其它發明的誕生。原子的奧秘的解開帶來了核時代的勝利和恐慌。

人類歷史被不斷破解的重力、電力和磁力以及核力所塑造。如今我們處於所有這些力統一始祖的邊緣，所有這些力將統一成一種超級力。我們認為超級力就是超弦理論，是超級力引發宇宙大爆炸的，創造了宇宙萬物。」

來自LHC的最大發現會是什麼？LHC將不會打開另一宇宙的大門，它也不會在太空中開個洞。但它將會儘力建立一個等式，從而讓高級文明社會能精確操縱時空。」

這是歐洲粒子物理研究所和瑞士、法國周圍地區的鳥瞰圖。3個環清晰可見，最小的那個（位於右下方）顯示出質子同步加速器的地下位置，中間的環是超級質子加速器(SPS)所在位置，這個加速器的圓周是7公里。那個最大的環（圓周27公里）是以前的大型正負電子對撞機(LEP)加速器所在地。

大型強子對撞機六大實驗

利用大型強子對撞機(LHC)進行的6項實驗都將均在國際合作的模式下完成，這些實驗將世界各地的研究機構的科學家聚集在一起，共同見證激動人心的一刻。每一項實驗都截然不同，這是由其使用的粒子探測器的獨特性所決定的。

　　兩項大規模實驗——ATLAS(超環面儀器實驗的英文縮寫，以下簡稱ATLAS)和CMS(緊湊渺子線圈實驗的英文縮寫，以下簡稱CMS) ——均建立在多用途探測器基礎之上，用於分析在加速器中撞擊時產生的數量龐大的粒子。兩項實驗的研究規模和研究層面均達到前所未有的程度。使用兩個單獨設計的探測器是交叉確認任何新發現的關鍵所在。

　　兩項中型實驗——ALICE(大型離子對撞機實驗的英文縮寫，以下簡稱ALICE)和 LHCb(LHC底夸克實驗的英文縮寫，以下簡稱LHCb)——利用特殊的探測器，分析與特殊現象有關的撞擊。

　　另外兩項實驗——TOTEM(全截面彈性散射偵測器實驗的英文縮寫，以下簡稱TOTEM)和LHCf(LHC前行粒子實驗的英文縮寫，以下簡稱LHCf)——的規模就要小得多。它們的焦點集中在「前行粒子」(質子或者重離子)身上。在粒子束髮生碰撞時，這些粒子只是擦肩而過，而不是正面相撞。

　　ATLAS、CMS、ALICE和LHCb探測器安裝在4個地下巨洞，分布在大型強子對撞機周圍。TOTEM實驗用到的探測器位於CMS探測器附近，LHCf實驗用到的探測器則位於ATLAS探測器附近。

ALICE探測器

1. ALICE 大型離子對撞機實驗

為了進行ALICE實驗，大型強子對撞機將讓鉛離子進行對撞，在實驗室條件下重建「大爆炸」之後的宇宙初期形態。獲得的數據將允許物理學家研究夸克-膠子等離子體的性質和狀態，這種物質據信在「大爆炸」發生後只存在很短時間。

　　現在宇宙的所有普通物質都是由原子構成，每個原子擁有一個由質子和中子構成的核子，核子周圍環繞著電子。質子和中子都是被稱之為「膠子」的其它粒子束縛夸克形成的。這種不可思議的強大束縛意味著，獨立的夸克是永遠也不會被發現的。

　　大型強子對撞機內上演撞擊時產生的高溫是太陽內部溫度的10萬倍。物理學家希望看到的是，質子和中子會在這種高溫條件下「熔化」，並釋放被膠子束縛的夸克。這麼做將創造夸克-膠子等離子體，它們可能只存在於「大爆炸」之後，當時的宇宙仍處在極度高溫之下。科學家計劃在夸克-膠子等離子體膨脹和冷卻過程中對其進行研究，觀察它如何形成最終構成當前宇宙物質的粒子。

　　共有來自28個國家的94個研究機構的1000多名科學家參與ALICE實驗。

　　ALICE探測器相關資料

　　尺寸：長26米，高16米，寬16米

　　重量：1萬公噸

　　位置：法國小鎮聖吉利斯-珀利(St Genis-Pouilly)。有興趣的讀者可利用「谷歌地球」一探究竟。

ATLAS是大型強子對撞機兩個通用探測器中的一個

2. ATLAS 超環面儀器實驗

(ATLAS是一台巨型數字照相機，能夠拍攝質子間6億次碰撞的照片)　　ATLAS是大型強子對撞機兩個通用探測器中的一個。此項實驗涉及到物理學的很多領域，包括尋找希伯斯玻色子、額外維度以及構成暗物質的粒子。與CMS的實驗目的一樣，ATLAS也將記錄與撞擊時產生的粒子有關的類似數據，即它們的路徑、能量以及特性等等。雖然實驗目的相同，但ATLAS和CMS探測器的磁鐵系統卻採用了完全不同的技術和設計。

　　ATLAS探測器巨大的圓環形磁鐵系統是它的主要特徵。這一系統由8個25米長的超導磁鐵線圈組成。磁鐵線圈分布在貫穿探測器中心的粒子束管周圍，形成一個「圓筒」。實驗過程中，磁場將被包含在線圈分離出的中央柱形空間內。

　　共有來自37個國家的159個研究機構的1700多名科學家參與ATLAS實驗。

　　ATLAS探測器相關資料

　　尺寸：長46米，高25米，寬25米，是迄今為止製造的個頭最大的粒子探測器。

　　重量：7000公噸

　　位置：瑞士梅林(Meyrin)

3. CMS

　CMS實驗利用一個通用探測器，對物理學的很多領域進行研究，包括尋找希伯斯玻色子、額外維度以及構成暗物質的粒子。雖然實驗目的與ATLAS相同，但這個探測器的磁鐵系統卻採用了完全不同的技術和設計。

　　CMS探測器是在一個巨型螺管式磁鐵基礎上建成的。它採用圓柱形超導電纜線圈，可產生4特斯拉的磁場，相當於地球磁場的10萬倍。這個巨大磁場受一個「鐵軛」限制——探測器1.25萬公噸的重量大部分來自「鐵軛」。與大型強子對撞機的其它巨型探測器有所不同的是，CMS探測器並不是在地下建造，而是選在地上，後分成15個部分被運至地下，最後完成組裝，這也算得上它的一大特色。

　　共有來自37個國家的155個研究機構的2000多名科學家參與CMS實驗。

　　CMS探測器相關資料

　　尺寸：長21米，寬15米，高15米

　　重量：1.25萬公噸

　　位置：法國塞希(Cessy)。有興趣的讀者可利用「古歌地球」一飽眼福。

4.LHC底夸克探測器(LHCb)

LHCb實驗將有助於我們理解人類為何生活在一個幾乎完全由物質而非反物質構成的宇宙。它通過研究一種稱為「美夸克」(beauty quark)的粒子，專門對物質和反物質之間的微妙差異展開調查。LHCb實驗不是將整個撞擊點同密封探測器圍起來，而是使用一系列子探測器去主要探測前行粒子(forward particle)。

　　第一個子探測器將安裝到撞擊點附近，而接下來的幾個將會一個挨一個安裝，它們的長度都超過20米。大型強子對撞機將創造出大量不同類型的夸克，然後它們將快速蛻變為其他類型。為捕捉到「美夸克」，LHCb項目小組已開發出先進的可移動跟蹤探測器，並安裝在圍繞於大型強子對撞機周圍的光束路徑附近。LHCb項目小組由來自13個國家48所研究機構的650位科學家組成。

　　LHC底夸克探測器相關資料

　　尺寸：長21米，高10米，寬13米

　　重量：5600噸

　　設計：具有平面探測器的前向接受譜儀

　　地點：法國費爾奈-伏爾泰

5.全截面彈性散射探測器(TOTEM)

　　全截面彈性散射探測器實驗研究前行粒子，以重點分析普通實驗難以獲得的物理學原理。在一系列研究中，它將測量質子大小，還將準確監控大型強子對撞機的光度。想要做到這一點，全截面彈性散射探測器就必須要捕捉到距大型強子對撞機光束非常近的距離產生的粒子。它由一組安放在稱為「羅馬罐」(Roman pot)的特製真空室的探測器組成。

　　「羅馬罐」同大型強子對撞機的光束管道相連。8個「羅馬罐」將被一對一對地置於CMS實驗撞擊點附近的四個地點。儘管從科學意義上講這兩次實驗是獨立的，但TOTEM實驗將是CMS探測器和其他大型強子對撞機實驗所獲結果的有力補充。來自8個國家10所研究機構的50位科學家將參與TOTEM實驗。

　　全截面彈性散射探測器相關資料

　　尺寸：長440米，高5米，寬5米

　　重量：20噸

　　設計：「羅馬罐」，GEM探測器和陰極條感應室

　　地點：法國塞斯(位於CMS附近)

照片上是LHCb電磁量能器。這是一個由3300塊組成的一面42平方米的牆體，上面有閃爍體、光纜和鉛。

6.LHCf 探測器

　　LHCf實驗將用於研究大型強子對撞機內部產生的前行粒子，作為在實驗室環境下模擬宇宙射線的來源。宇宙射線是自然產生於外太空的帶電粒子，不斷轟擊地球大氣層。它們在高層大氣與核子相撞，產生一連串到達地面的粒子。研究大型強子對撞機內部撞擊如何引起類似的粒子串有助於科學家解釋和校準大規模宇宙射線實驗，這種實驗會覆蓋數千公里的範圍。來自4個國家10所研究機構的22位科學家將參與LHCf實驗。

　　LHCf 探測器相關資料

　　尺寸：兩個探測器，每個長30厘米，高80厘米，寬13厘米

　　重量：每個重40公斤

　　設計：

　　地點：瑞士梅林(位於ATLAS附近)

將ATLAS磁體環形端蓋從180號大樓運輸到ATLAS指定地點。

宇宙大爆炸示意圖

待解五大謎團

　　歐洲核子研究中心於2008年9月10日啟動大型強子對撞機(LHC)。這個世界上最大的機器，有望揭開宇宙起源的奧秘在內五大謎團。　　過去幾十年來，物理學家不斷在細節上加深對構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的「標準模型」變得更為豐滿，但這個模型中仍存在縫隙，以至於我們無法繪製一幅完整的圖畫。為了幫助科學家揭示粒子物理學上這些關鍵性的未解之謎，需要大量實驗數據支持，大型強子對撞機便擔負起「數據提供者」的角色，這也是非常重要的一個步驟。大型強子對撞機能夠將兩束質子加速到空前的能量狀態而後發生相撞，此時的撞擊可能帶來意想不到的結果，絕對是任何人都無法想像的。

牛頓未完成的工作——什麼是質量？　　質量的起源是什麼？為什麼微小粒子擁有質量，而其它一些粒子卻沒有這種「待遇」？對於這些問題，科學家到現在也沒有找到一個確切答案。最有可能的解釋似乎可以在希伯斯玻色子身上找到。希伯斯玻色子是「標準模型」這一粒子物理學理論中最後一種尚未被發現的粒子，它的存在是整個「標準模型」的基石。早在1964年，蘇格蘭物理學家彼得·希格斯(Peter Higgs)便首次預言存在這種粒子，但迄今為止，科學家仍未見過它的廬山真面目。　　ATLAS和CMS實驗將積極尋找這種難於捉摸的粒子存在跡象。

一個「看不見」的問題——96%的宇宙由什麼構成？　　我們在宇宙中看到的一切——從小螞蟻到巨大的星系——都是由普通粒子構成的。這些粒子被統稱為物質，它們構成了4%的宇宙。餘下的部分據信由暗物質和暗能量構成，對它們進行探測和研究的難度不可想像。研究暗物質和暗能量的性質是當今粒子物理學和宇宙學面臨的最大挑戰之一。　　ATLAS和CMS實驗將尋找超級對稱的粒子，用於驗證一種與暗物質構成有關的假設。

大自然的偏好——為什麼找不到反物質？　　我們生活在一個由物質構成的世界，宇宙萬物——包括我們人類在內都是由物質構成的。反物質就像物質的一個孿生兄弟，但它卻攜帶相反電荷。在宇宙誕生時，「大爆炸」產生了相同數量的物質和反物質。然而，一旦這對孿生兄弟碰面，它們就會「同歸於盡」，並最終轉換成能量。不知何故，少量物質倖存下來，並形成我們現在生活的宇宙，而它的孿生兄弟反物質卻幾乎消失得無影無蹤。為什麼大自然不能一碗水端平，平等對待這對孿生兄弟呢？　　LHCb實驗將尋找物質與反物質之間的差異，幫助解釋大自然為何如此偏向。此前的實驗已經觀察到兩者之間的些許不同，但迄今為止的研究發現還不足以解釋宇宙中的物質和暗物質為何在數量上呈現出明顯的不均衡。

「大爆炸」的秘密——物質在宇宙誕生後的第一秒呈什麼狀態？　　構成宇宙萬物的物質據信來源於一系列密集而熾熱的基本粒子。現在宇宙中的普通物質由原子構成，原子擁有一個由質子和中子構成的核子，質子和中子都是被稱之為「膠子」的其它粒子束縛夸克形成的。這種束縛非常強大，但在最初的宇宙，由於溫度極高加之能量巨大，膠子很難將夸克結合在一起。也就是說，這種束縛似乎是在「大爆炸」發生後的最初幾微秒內形成的，此時的宇宙擁有一個由夸克和膠子構成的非常熾熱而密集的混合物，也就是所說的「夸克-膠子等離子體」。　　ALICE實驗將利用大型強子對撞機模擬大爆炸發生後的原始宇宙形態，分析夸克-膠子等離子體的性質。

隱藏的世界——空間的額外維度真的存在嗎？　　根據愛因斯坦廣義相對論，人類生存的三維空間加上時間軸即構成所謂四維空間。後來的理論認為，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，它們似乎會在高能條件下顯現出來。基於這種推測，科學家將對所有探測器獲得的數據進行仔細分析，以尋找額外維度存在跡象。

2008年2月初，在將μ介子小輪子送入洞中之前看到的ATLAS洞A側的情景。數字解讀歐洲大型強子對撞機27公里=大型強子對撞機周長。

每小時50公里=現場物理學家的速度限制。

每小時10億公里(相當於光速的99.9999991%)=質子繞環形隧道運轉的最高速度。

萬分之一秒=質子繞環形隧道一圈的時間。

0.00000000047克=在大型強子對撞機中循環的質子的總質量。

362兆焦=在大型強子對撞機中循環的質子最高速情況下產生的總能量。

8.8萬噸=美國航母「羅納德·里根」號總重量。

361兆焦=「羅納德·里根」號以5.6節船速航行產生的能量

41億美元=建造大型強子對撞機的費用

45億美元=建造「羅納德·里根」號的費用。

9000立方米=大型強子對撞機主要真空系統的總容量。

4650立方米=英國威斯敏斯特宮大本鐘鐘塔的內部容量。

14年=建造大型強子對撞機花費的時間。

13年=建造大本鐘花費的時間。

600萬=存儲大型強子對撞機產生的一切數據所需要的DVD數量。

6.9公里=400萬張DVD堆疊起來的高度。

4.8公里=勃朗峰的海拔高度。

0.75克=填充一個普通氣球所需的氫氣數量。

0.000000002克=大型強子對撞機每天消耗的氫氣數量。

100萬年=大型強子對撞機用完一個普通氣球內的氫氣所需要的時間。

8.3特斯拉=大型強子對撞機1232個超導二極磁體每一個的最高磁場強度。

1特斯拉=普通廢品堆放站電磁體的磁場強度。

ALICE洞中的L3磁體的一個門即將關閉的門

進行安裝時電腦中心的場景

安裝世界上最大的硅跟蹤探測器

2007年2月8日，國際未來加速器委員會（ICFA）在北京中科院高能物理研究所向全球發布信息，擬議中的未來國際高能物理加速器——國際直線對撞機（ILC）已完成參考設計和參考造價，這是國際直線對撞機發展的第二個重大里程碑。ILC和正在瑞士日內瓦歐洲核子研究中心（CERN）開始運行的大型強子對撞機（LHC）一起，將會解開很多未解的宇宙科學之迷。