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欧洲大型强子对撞机重启开启粒子物理探索新纪元

时间： 2025-03-17 13:22:58 阅读： 90

全球最大粒子加速器——欧洲大型强子对撞机（LHC）于近期完成新一轮升级维护，正式进入高能运行阶段。此次重启将推动粒子物理学、宇宙学等领域的前沿研究，探索暗物质、反物质及超对称粒子等未解之谜。

跨越技术瓶颈：从故障到能量翻倍

欧洲核子研究中心（CERN）于2008年首次启动LHC，但因磁体故障导致液氦泄漏，次年被迫暂停。经过修复与加固，LHC在2009年11月重启，并于2015年将质子束流能量提升至13万亿电子伏特（TeV），是此前实验能量的两倍。2022年，LHC在三年维护后再次升级，磁体系统冷却至-271.25℃，接近绝对零度，同时注入器效率提升30%，为更高精度实验奠定基础。

科学目标：从“上帝粒子”到宇宙起源

LHC的核心使命是通过高能粒子对撞模拟宇宙大爆炸后的极端环境，验证粒子物理标准模型并探索其局限性。2012年，LHC发现希格斯玻色子，证实了粒子质量来源的理论。此次重启后，科学家计划：

1. 精确测量希格斯粒子：分析其衰变路径与耦合机制，验证是否与其他粒子存在未知相互作用。
2. 搜寻暗物质候选粒子：通过超对称理论预测的“中性子”等粒子，解释宇宙中23%的不可见物质。
3. 重现夸克-胶子等离子体：利用铅离子对撞模拟大爆炸后百万分之一秒的物质形态，研究宇宙早期演化。
4. 探索反物质消失之谜：通过对比正反物质行为差异，揭示宇宙中物质占主导的原因。

国际合作：全球科学家的“粒子圣地”

LHC是跨国科研协作的典范，来自80多个国家的7000余名科学家参与其建设与实验。中国科研团队亦在其中发挥关键作用，例如清华大学团队在LHCb实验中首次发现“五夸克态”粒子，推动强相互作用理论的发展。此外，LHC衍生的技术已应用于医疗（如癌症放疗）和信息技术（如万维网协议），彰显基础科学的跨界价值。

争议与未来：科学探索的边界

LHC的运行曾引发公众对“微型黑洞”“奇异物质”等风险的担忧，但CERN多次强调其安全性。与此同时，关于巨型对撞机的成本效益争议持续发酵。诺贝尔奖得主杨振宁曾反对中国建造同类装置，认为应优先投入应用科学。对此，CERN回应称，LHC将持续运行至2040年，后续升级计划（如高亮度LHC项目）将进一步提升数据产出量，为揭示暗能量、额外维度等猜想提供可能。

随着LHC第三轮实验的展开，人类对物质本质与宇宙起源的认知或将迎来新一轮突破。正如CERN主任法比奥拉·吉亚诺蒂所言：“每一次能量提升，都是向未知领域迈出的重要一步。”