欧洲核子研究中心（CERN）最近一次震惊物理界的成果当属利用大型强子对撞机（LHC）发现了希格斯玻色子——“上帝粒子”，一种亚原子粒子，其作用是解释为何其它粒子会拥有质量。“上帝粒子”是人类认识宇宙的一面最直接的镜子：理论上认为它应当是构成宇宙的最基本组成部件之一，因为如果作为质量之源的它确实存在，物理学家就可能因此推测出宇宙大爆炸时的情景以及占宇宙质量96%的暗物质（包括暗能量）的情况。 　　  

　　距日内瓦机场不远处的瑞士与法国边境上，矗立着一个棕色大圆球，这里就是欧洲核子研究中心。对普通人来说，这里既神秘又神奇。说它神秘，是因为这里从事的研究，大到浩翰宇宙，小至微观粒子；远可追溯到100多亿年前的宇宙大爆炸，近到我们今天物质世界的构成。说它神奇，是因为它汇萃了全球粒子物理领域的顶尖级人才。地下100深处的大型强子对撞机，更是人类想像力与创造力的完美集合。 　　  

　　粒子物理研究的领跑者 　　  

　　1949年，第二次世界大战刚结束不久，在瑞士洛桑举行的一次由联合国教科文组织主办的国际会议上，欧洲原子能委员会宣告成立。1953年，欧洲原子能委员会决定联合建立一个研究中心，因为按照当时的国力，没有一个欧洲国家能单独建立起研究中心。1954年，欧洲12个国家联合在日内瓦近郊的瑞法边境地区建立起了“欧洲核子研究中心”，以欧洲原子能委员会的法文缩写CERN命名。 　　  

　　核子中心最初主要是从事原子核领域的研究，后来其功能和任务发生很大改变，但名称未再改动。经过半个多世纪的发展，“欧洲核子研究中心”已成为当今世界粒子物理前沿研究领域的领跑者，拥有质子同步回旋加速器、超级质子同步回旋加速器及目前世界上最高能量的大强子对撞机等全系列的粒子加速器系统。对人类的基础科学研究，推动新技术新发明及尖端人才培养做出了重要贡献，是目前唯一拥有联合国大会观察员资格的国际前沿基础研究组织。 　　  

　　CERN的行政和运营设备坐落于汝拉山脚下，处于法国和瑞士的边界，大多数员工每天要穿梭于边界数次，你能经常看到18号电车，从日内瓦而来，终点是CERN的接待处 

　　下了电车后，你会首先看到这个超大的穹顶建筑，它的名字叫“Globe of Science and Innovation”（科学和创新之球），用来举办各类展览。尽管它的表面看起来似乎是锈迹斑斑，但其实是由木材建造的 　　  

　　沃斯博士是一名来自德国的物理学家，在核子中心工作了近40年，目前是核子中心国际关系部负责对中国及其他非成员国关系的官员。他介绍说，核子中心现有来自20个成员国的3000多名工作人员，每年还有来自100多个国家的一万多名合作科学家及访问学者。这里聚集了全球粒子物理研究领域的高端人才，每年产生1000多篇博士论文。（2014年1月15日，欧核中心正式接纳了它的新成员：以色列，其成员总数变成21个） 

　　另外，核子中心还为全球学生和教师们提供了广泛的教育和培训计划，其中包括研究生暑期课程，博士生培训课程，客座科学家研究计划等。将不同国家和文化的人团结在一起，实现智力与文化的融合，激发创造能力，是核子中心的使命之一。 

　　人类具有强烈的好奇心。物理学研究，应该说就是受这种好奇心的驱动。核子中心的任务之一就是粒子物理研究，这也是人类最前沿一项研究。物理学家们确信，今天的世界形成于137亿年前的一次宇宙大爆炸。那么，大爆炸是如何发生的？早期宇宙是什么样子？物质是如何形成的？如果说大爆炸创造了等量的物质和反物质，那么，为什么宇宙中的物质多于反物质？物质的构成形态是什么？有没有“上帝粒子”？核子中心的科学家们就是要对这一系列的疑问做出解答。 　　  

　　走进33号建筑（CERN的接待和游客中心），地板上是一个千变万化的“Cosmic Song”（宇宙之歌）地板，由法国设计师Serge Moro在1986年设计建造，其颜色的变化代表着宇宙射线粒子对地球的撞击 　　  

　　CERN写字楼前的一片草地上是探测器墓地，安放着废弃的粒子探测器，充满复古的现代艺术气息 

　　CERN园区内收集了不少20世纪中期的经典设计　　  

　　科技创新的摇篮　　  

　　前沿基础研究的另一项主要功能就是推动新技术的研发。我们今天所熟知的3W网、计算机网格技术、手机触屏等新技术，最早都是诞生在核子研究中心。 　　  

　　在这个走廊办公室中，WWW万维网的基础技术被开发出来 　　  

　　3W网就是我们平时使用的WWW，是英文World　Wide　Web的简称。说起3W网的诞生，最初还是源于核子中心本身的内部需求，或者说是核子中心为工作需要开发出的一个内部信息共享平台。因为核子中心不是一个孤立的实验室，而是一个广泛的社区，其中包括来自100多个国家的1万多名科学家。这些科学家们多数时间是在本国的大学和实验室工作。所以，核子中心感到有必要建立一个虚拟的交流空间，满足世界各地科学家之间的自动信息共享。完成这一革命性发明的，就是核子中心的英国籍科学家蒂姆?伯纳斯?李，时间是1989年。核子中心当时所建的网站“Info.cern.ch”因此成为世界上第一个网站和Web服务器的地址。如今，在欧洲核子研究中心的展览大厅，陈列着最初的那台电脑，上面附有一个标签，用红墨水手写着：“这台机器是服务器，请不要关机！”1991年12月，美国的第一个Web服务器也诞生在加利福尼亚州的一个粒子物理实验室。 　　  

　　还有一项技术就是今天广泛使用的手机触摸屏，也是核子中心的发明。当初，这一技术只是用于加速器的控制系统。后来鼠标发明之后，这项技术就被丢弃了。所以，触摸屏的发明是在鼠标之前。近几年，手机开发商又重新发现并利用这一技术，成为现在所用的手机触摸屏。 　　  

　　沃斯博士介绍说，另一项正在研发中的新技术，如果成功将大大造福于人类，这就是使用高能量的质子及其他重离子束治疗癌症。目前，癌症治疗方面应用的是X射线，价格便宜，技术难度也不大，弊端是会损害健康细胞。与X射线不同，质子及其他重离子束可以准确聚焦对准病变位置，摧毁肿瘤，另外基于其特殊的物理特性，可以根据肿瘤部位的深度调整重离子束的能量，在杀伤肿瘤组织的同时不会对前后的健康细胞造成损害。 　　  

　　如此说来，核子中心不仅仅从事前沿基础研究，更在利用他们所掌握的最新知识，研发实用技术，改变着我们的世界及我们每一个人的生活。 　　  

　　地下100米，与大型强子对撞机零距离 　　  

　　跟随沃斯博士来到ATLAS探测器入口处，从这里，我们将乘电梯下到地下100米深处，传说中的大型强子对撞机上的最大探测器超环面仪器ATLAS就是安装在这里。 

　　这两部电梯直通地下100米的探测器ATLAS 

　　参观者通过安全门进入地下工作区 　　  

　　核子中心的这一大型强子对撞机，是目前世界上最大、能量最高的粒子加速器，于2008年9月开始运行。它包含一个周长27公里的环形隧道，贯穿瑞士与法国边境，隧道内共建有四个探测器，随时监控记录数据，供科学家们分析使用。其中，ATLAS探测器是最大的一个。ATLAS探测器是国际合作的产物，共有34个国家合作兴建，包括中国。 　　  

　　沃斯博士提醒说，怀孕女性、携带心脏起搏器的人不能下去，他同时还拿着一个辐射测量仪，看上去有计步器大小，上面显示的是一排“0”。他说，如果有超量辐射发生，这个仪器就会记录下来。 　　  

　　乘坐一分钟的电梯，我们下到了电梯-1层，即地下90米的平台区，在这里正好可以观看ATLAS探测器。-2层可以到达地下100米的设备安装层。 　　  

　　大型强子对撞机上的最大探测器超环面仪器ATLAS 　　  

　　核子中心的中国籍研究员任忠良博士介绍说，ATLAS探测器长46米，直径25米，重7000吨，相当于埃菲尔铁塔的重量。探测器上共有1亿个像元，相当于一个巨型照相机，每秒钟可拍下4000万张图片。ATLAS被称作“物理学大力神”，也是想借用希腊神话中“大力神”的寓意。正是借助它的力量，人类的视野得以扩展，得以看到那些肉眼根本无法看到的微小物质单元。 　　  

　　大型粒子对撞机的首要功能，就是要还原137亿年前宇宙大爆炸的瞬间，探究物质是如何形成的。在27公里的隧道中，两束质子流向相反方向运动，在探测器中心以接近光速的速度发生碰撞，产生新粒子。任忠良博士介绍说，但由于质子只有10的负15次方米，所以碰撞的几率很小，多数都是擦身而过。在所记录的4000万张图片中，只有约500张左右发生了对头碰撞并被读出分析。而那些对头撞上的，就会产生微观大爆炸，重现宇宙大爆炸后1微微秒瞬间的状态。科学家就从这些数据中研究物质的构成，包括暗物质，暗能量，以及标准模型要寻找的“上帝粒子”——希格斯玻色子。 　　  

　　在到达紧凑型μ子螺旋型磁谱仪（Compact Muon Solenoid，CMS）之前，你会见到很多重型起重设备，当前它们都在闲置着 

　　通过这一系列错综复杂的管道将冷却、压缩空气等各种各样的要求传送到CMS 

　　CMS控制室 

　　员工正在控制室监控电力系统、冷却系统、地下空气系统，瑞士的电网无法提供足够的电力来满足CERN的需要，所以他们要同时使用法国和瑞士的能源，此外还拥有自己的紧急供电系统 

　　CERN的官方色彩是橙色和蓝色，这些是橙色的头盔 

　　CMS的微缩内部模型 

　　进入CMS前的安全操作指示 

　　眼球扫描仪，这里的安检措施很繁琐，但是也非常必要，只有授权的人才能进入大型强子对撞机（LHC）的隧道 

　　眼球扫描仪是这样使用的 

　　CMS真身！ 

　　它位于100米深的地下，重12500吨，长15米，直径25米 

　　站在巨大的CMS设备前，人显得很小 

　　探测器站之间的环形隧道，开创了世界上最昂贵项目的先河，不过大型强子对撞机又重新利用了这些隧道，省去了一笔资金。在这条长27公里的隧道内，质子束被加速到接近光速的速度，而后发生对撞 

　　隧道里的交通工具，对比之下显得小巧可爱 

　　设备上的涂鸦 

　　ALICE（大型离子对撞机实验）探测器使用更节能的室温磁铁，使用水冷就可以实现充分的冷却 

　　ALICE的主要数据：26米长，高度和宽度均为16米，10000吨的重量 

　　庞杂的电缆 

　　当LHC启动和运行时，ALICE两侧的红色大门要关闭 　　  

　　期待与中国进行更多合作 　　  

　　全球化，是当今世界的发展趋势。“科技也正在变得越来越全球化。”沃斯博士说。 　　  

　　从研究领域来说，核子中心的研究早已不局限于粒子物理领域，而是广泛涉及信息技术、机械、电子、超导等实用技术领域。从其成员来说，核子中心现有20个成员国，以色列今年年底有可能加入，将成为第一个非欧洲国家的成员国。另外，巴西、俄罗斯、土耳其、巴基斯坦、乌克兰、斯洛文尼亚、塞浦路斯正在申请加入。美国、日本、印度目前都是观察员国。正式成员国每年须缴纳会费，目前德国交纳的会费最多，占核子中心年度经费的近20%；来自意大利的科学家数量最多，有1300多名。（小编说：以色列已成为欧核中心成员国之一）　　  

　　欧洲核子研究中心和中国之间的合作始于上世纪70年代。1973年，来自中国的第一个代表团中国高能物理代表团访问核子中心；1975年，核子中心首次派团访问中国。目前，核子中心已同中国十余所大学和科研机构建立了合作关系，中国广泛参与到大型强子对撞机的物理研究当中。 　　  

　　不过，欧洲核子研究中心总干事霍尔教授认为，与中国的合作潜力还很大。他说：“中国科技发展水平很高，相对于中国的规模与潜力，目前的合作还非常有限。我认为，双方不仅可以在科学研究方面进行合作，还可以在工程技术领域合作，培养大量顶尖的工程师”。这就要求中国以成员国或者准成员国身份加入欧洲核子中心。他说，国际粒子物理大会今年6月将在上海召开，希望能借此机会促进与中国的合作。 　　  

　　说起中国与核子中心的合作，任忠良博士显得更为急切。他1988年就到核子中心工作，所见所闻使他深切感受到深化合作的必要性和迫切性。他说：“我们完全应该参与进来，这样的研究中心在世界上是独一无二的，对我们建设创新型国家非常有帮助。它从事的是前沿基础研究，前沿科学研究能够激发新技术的产生，而且有利于培养人才。” 　　  

　　文章节选自CRI《欧洲核子研究中心：期待与中国进行更多合作》（2013年5月）、驱动之家《走进神秘的欧洲核子研究中心》（2013年6月），有删改。 图片源自CRI、驱动之家及新华网