大型强子对撞机将在关闭3年后 准备再次突破粒子物理学的前沿

　　关闭三年后，瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心 (CERN) 的大型强子对撞机(LHC)重新开放，科学家们正准备再次突破粒子物理学的前沿。

　　在 2018 年 12 月成功结束第二次运行后，大型强子对撞机故意关闭以进行更新，而团队为即将开始的第3 次运行做准备，因为新的运行将于今年春天开始（欧洲核子研究中心较早的报告预计第 3 次运行最早在 3 月初开始）。在关闭期间，欧洲核子研究中心的团队成员一直在为对撞机进行新的实验做准备，因为正在进行重大升级以提高其功率和能力。

　　在新物理学的边缘，科学家们渴望利用大型强子对撞机的新升级来研究希格斯玻色子，探索暗物质，并有可能扩大我们对标准模型的理解，标准模型是描述宇宙中所有已知基本力和基本粒子的主要理论。

　　现在，LHC 的最新关闭是为这些升级预先计划好的。但是“事实上，在过去一年左右的时间里，大型强子对撞机并没有太多的消息传出，我认为无论如何都会发生，因为它没有发生碰撞。”欧洲核子研究中心的理论物理学家约翰埃利斯，告诉 Space.com。

　　然而，大型强子对撞机很快就会恢复做它最擅长的事情：将质子（或离子）加速到接近光速并将它们相互撞击。

　　“这些测量揭示了在我们所能达到的最高能量下发生的事情，这告诉我们关于早期宇宙的现象。”英国伯明翰大学的粒子物理探测器专家菲尔·奥尔波特告诉《新科学家》关于LHC实验可以让科学家做什么。

　　这些高能碰撞还可以让研究人员通过他们的实验跳出框框思考，并尝试理解标准模型没有完全解释的事情。

　　“当物理学家探索像暗物质和暗能量这样的未知事物时，这些东西需要扩展粒子物理学的标准模型来适应，所有这些理论都会做出预测。检验这些预测的最佳地点通常是在最高能量中可以实现的。”奥尔波特补充道。

　　“证据表明，当底夸克衰变时，它们可能会以区分电子和 μ 子的方式衰变。”埃利斯在标准模型中补充说：“我们希望电子和 μ 子以完全相同的方式表现。”

　　然而，像 LHCb 实验中的发现一样，该实验研究了物质和反物质之间的差异，“表明它们实际上并没有以相同的方式表现。存在相当大的差异，”埃利斯说。

　　随着新的升级，欧洲核子研究中心增加了大型强子对撞机喷射器的功率，它将加速粒子束送入对撞机。根据 CERN 的一份声明，在 2018 年上一次关闭时，对撞机可以将光束加速到 6.5 太电子伏特的能量，并且该值已提高到 6.8 太电子伏特。

　　作为参考，一个太电子伏特相当于 1 万亿电子伏特，这是电子通过 1 伏特的电势时获得的能量

　　为了将质子束的能量提高到如此极端的水平，“成千上万的超导磁体，其磁场引导束绕着它们的轨迹运动，在LS2期间长时间不活动后，需要适应更强的电流，”欧洲核子研究中心的声明中写道。让设备加速升级是一个过程，CERN称之为“磁铁训练”，由大约12，000次单独测试组成。

　　随着LHC的磁铁得到“训练”,质子束比以往任何时候都更强大，LHC将能够以比以往任何时候都更高的能量产生碰撞，为使用升级设备的科学家可能找到的东西拓展可能性。

　　作为其持续升级的一部分，LHC 团队甚至正在考虑实施图形处理单元 (GPU)，将其用作对撞机的高效计算机处理器，因为它可以分析和处理大量数据。

　　“LHC雄心勃勃的升级计划提出了一系列令人兴奋的计算挑战。”欧洲核子研究中心IT部门负责人恩里克·波卡里在一份声明中说：“GPU可以在支持机器学习方法解决其中许多问题方面发挥重要作用。”

　　运行3次后，LHC将在2024年再次升级，以缩小对撞机的质子束。据《新科学家》报道，这将允许更多的碰撞发生，使碰撞数量从2018年的40起增加到120至250起。这些集体升级将极大地改变LHC，以至于它将被重新命名为高亮度大型强子对撞机。HL-LHC将于2028年“上线”。