2008-07-08 中國時報 【閻紀宇、胡欣男/特稿】

     全球物理學界期待的大強子對撞機(Large Hadron Collider, LHC)今年8月將展開對撞實驗,成為人類探索自然最重要的工具之一。小至次原子粒子的本質、大至宇宙的生成與型態,LHC都可望讓科學家收穫豐碩。科學界認為,它是對未來的一個投資!

     負責LHC興建與運作的歐洲粒子物理研究中心(CERN)6月20日在瑞士日內瓦舉行理事會,中心主任艾瑪爾(Robert Aymar)博士表示,加速器、偵測器與運算系統都已經準備就緒,只等冷卻降溫工程完成,就開始運作。

     地球毀滅一說 杞人憂天

     先前有說法指稱LHC可能會製造出微型黑洞或奇異物質(strangelet),導致地球毀滅的浩劫。CERN早在2003年就委請專家進行調查,結論是這類風險微乎其微,根本無需擔心。為了消弭公眾疑慮,CERN日前委請另一批專家進行研究,得到的結論仍與5年前相同,LHC的「威脅」是杞人憂天。

     LHC計畫從1995年啟動,是人類有史以來規模最大、能量最高的粒子加速器,經費超過50億美元。它位於法國侏儸山脈與瑞士日內瓦湖之間,主體環型構造深藏在地下50到175公尺的隧道中。隧道周長26.66公里,直徑3.8公尺,原本是大型電子正子加速器所在地。LHC粒子加速管配備鈮-鈦合金超導體磁鐵,並以液態氮與液態氦冷卻到攝氏零下271.3度(絕對溫度1.9度)。

     有史最大加速器 50億美元打造

     對撞實驗開始後,2道來自CERN其他加速器的質子束以反方向進入加速管,在電流與磁力的導引之下環繞加速,能量達到7兆電子伏特(Tev),撞擊時會產生14兆電子伏特的能量,遠超出現有加速器的水平。

     為避免其他氣體分子干擾實驗結果,加速管內必須要保持極度真空,氣壓只容許標準大氣壓的10兆分之一,連月球的氣壓都比它高10倍。

     2道質子束各帶有約300兆個質子,速度逼近光速,每秒鐘繞行加速管11,245圈,每一階段實驗運作約10個小時,等於讓這些質子跑上100億公里,相當於從地球到海王星來回一趟。這些質子每秒鐘會在2個對撞點發生大約6億次撞擊,產生約為太陽中心溫度10萬倍的高溫,但侷限在極其微小的空間。

     質子對撞溫度 為太陽中心10萬倍

     4座偵測器─超環面儀器(ATLAS)、緊湊緲子螺管探測器(CMS)、LHC底夸克實驗(LHC-b)、大型離子對撞實驗(ALICE)─負責捕捉撞擊之後的蛛絲馬跡,精確度可達10億分之一秒與100萬分之一公尺。

     盼解開希格斯玻色子之謎

     LHC預計至少可以運轉15年,物理學家對它最大的期待就是解開希格斯玻色子(Higgs boson)存在與否之謎,確定標準模型是否需要再度修正。此外對於超對稱(SUSY)粒子、物質與反物質的不對稱性、弦論預測的多維度空間、宇宙暗物質與暗能量、重力的本質等問題,LHC也將提供寶貴的研究資料。

     全球科學界花了大筆經費和資源投入LHC,除了追求基礎科學的突破之外,有任何實用價值嗎?在能源方面的應用,被視為可能之一。但我國參與研究的團隊之一,中央大學物理系教授張元翰笑說:「現階段而言,沒找到新能源,只有消耗能源!」但能源問題不可忽視,應有長遠眼光看待。

     而一旦LHC具有發現新能源的可能性,由居禮夫人發現放射性元素後40年的例子來看,基礎科學由發現到應用,需要長久時間,絕非一蹴可幾。

     張元翰說,他不知道大強子對撞機實驗的極限何在,但他以知名成功企業為例說,業者90%經費用在「明確」投資上;9%投入「模糊,但值得嘗試」的計畫;最後1%花在「毫無目的、天馬行空」的隨意實驗,卻可能是影響深遠的重大發明。LHC就是全世界共同對未來的一個投資。

引用網址:http://news.chinatimes.com/2007Cti/2007Cti-News/2007Cti-News-Content/0,4521,110519+112008070800387,00.html

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