人類(lèi)有史以來(lái)最大、最復(fù)雜的科學(xué)設(shè)備

        這個(gè)建于歐洲粒子物理研究中心（CERN）的LHC是人類(lèi)建造的最大、最復(fù)雜的科學(xué)設(shè)備，質(zhì)子在其中被加速碰撞的能量是目前世界高能能量記錄的7倍。在歷時(shí)20多年時(shí)間里，它耗資55億美元，參與工程建設(shè)的科學(xué)家和資金來(lái)自幾十個(gè)國(guó)家，包括歐洲20個(gè)CERN成員國(guó)，美國(guó)、日本、俄羅斯等6個(gè)觀察國(guó)，以及加拿大和中國(guó)等其他參與國(guó)。
        LHC是一種將質(zhì)子加速對(duì)撞的高能物理設(shè)備，坐落于瑞士日內(nèi)瓦的歐洲粒子物理研究中心。它位于地下100米處，其環(huán)形隧道長(zhǎng)達(dá)27公里，東起瑞士的日內(nèi)瓦湖，西至法國(guó)的侏羅山；它的軌道上有4個(gè)大型的探測(cè)器，每個(gè)探測(cè)器的重量幾乎都有上萬(wàn)噸；來(lái)自80多個(gè)國(guó)家的數(shù)千名科學(xué)家和工程師等經(jīng)過(guò)10多年努力建成。
        金山說(shuō)，在LHC中，質(zhì)子被加速到7萬(wàn)億電子伏特的高能狀態(tài)，這相當(dāng)于質(zhì)子靜止時(shí)質(zhì)量的7000倍，是目前最高能量記錄保持的7倍；在隧道中相向而行的高速質(zhì)子在隧道的四個(gè)碰撞點(diǎn)上激烈對(duì)撞，產(chǎn)生出更多更小的粒子。
        這時(shí)，位于對(duì)撞點(diǎn)上的探測(cè)器將記錄每次對(duì)撞所產(chǎn)生的各種粒子，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到LHC的中央計(jì)算系統(tǒng)；一種被稱(chēng)為“網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)”的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)通過(guò)專(zhuān)用光纖，將數(shù)據(jù)傳送到世界各地研究機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)集群平臺(tái)，全球的物理學(xué)家們都可以利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行物理分析和研究。
        為什么要建造這樣一個(gè)設(shè)備呢？金山說(shuō)：“這個(gè)設(shè)備讓質(zhì)子產(chǎn)生如此高的能量并讓它們對(duì)撞，這是一個(gè)全新的高能區(qū)域，人類(lèi)因此可以探測(cè)以前從未涉足的高能量區(qū)域，在這里去尋找新的粒子、研究新的物理現(xiàn)象。這是最主要的目標(biāo)?！?BR>

科研人員在高能所制作ATLAS MDT探測(cè)器

        揭示質(zhì)量本源  探究宇宙起源

        金山說(shuō)，LHC實(shí)驗(yàn)有幾個(gè)特點(diǎn)，從科學(xué)意義上講，絕對(duì)是世界最前沿的。用物理的手段去解釋各種現(xiàn)象，從物質(zhì)的本身上去認(rèn)識(shí)和理解物質(zhì)，這是理想主義的一種自然追求，它將揭示一個(gè)深刻的本質(zhì)問(wèn)題—宇宙是怎樣起源和演化的。
        我們已經(jīng)知道，物質(zhì)是由分子構(gòu)成的，分子是由原子構(gòu)成的，原子是由原子核和電子構(gòu)成的，原子核是由夸克構(gòu)成的質(zhì)子和中子組成的。那么，這些基本粒子的質(zhì)量又是從哪里來(lái)的呢？ 
        科學(xué)家們相信，一種名為希格斯的粒子給予了其它粒子以質(zhì)量。上個(gè)世紀(jì)理論家在建立粒子物理的“標(biāo)準(zhǔn)模型”時(shí)，為了解決規(guī)范場(chǎng)粒子零靜止質(zhì)量的難題，利用英國(guó)科學(xué)家彼得·希格斯提出的機(jī)制引入了一種標(biāo)量粒子，這種粒子后來(lái)被稱(chēng)為是“希格斯粒子”。
        物理學(xué)家們把一種描述基本粒子的理論稱(chēng)為“標(biāo)準(zhǔn)模型”，它能解釋已知世界的大部分現(xiàn)象，“模型”二字表明，這一理論尚未完工，仍在不斷發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)模型的主要內(nèi)容形成于20世紀(jì)70年代和80年代，之后逐步走向完善。
        1995年，美國(guó)費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室宣布發(fā)現(xiàn)了頂夸克，至此，描述粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型所預(yù)言的61個(gè)基本粒子，已有60個(gè)得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持和驗(yàn)證，而最后一個(gè)未被發(fā)現(xiàn)的粒子，就是希格斯粒子。

        高碰撞能量產(chǎn)生質(zhì)量大的粒子

        為什么要建造如此龐大的設(shè)備來(lái)尋找這些捉摸不定的粒子呢？“質(zhì)量越大的粒子通常需要越高的碰撞能量才能產(chǎn)生?！苯鹕秸f(shuō)，“我們不是為了尋找這個(gè)或那個(gè)粒子而尋找它們，而是說(shuō)，通過(guò)對(duì)它們的研究去理解整個(gè)自然界或宇宙的質(zhì)量起源。物理學(xué)家相信，如果希格斯粒子存在，那么LHC就一定能探測(cè)到這種粒子，測(cè)出它的質(zhì)量、確定它和其它粒子的相互作用?！?BR>        如果不能夠找到希格斯粒子，會(huì)是什么情況呢？金山說(shuō)：“這是一個(gè)問(wèn)題兩個(gè)方面。如果標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的希格斯粒子存在，LHC就一定會(huì)發(fā)現(xiàn)，這是我們非常堅(jiān)信的；如果發(fā)現(xiàn)不了，其實(shí)更有意思，說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)模型中有關(guān)希格斯粒子的假設(shè)是錯(cuò)的，必須發(fā)明新的理論，新的挑戰(zhàn)又出來(lái)了。從科學(xué)意義上說(shuō)，這是一個(gè)無(wú)盡的前沿?！?BR>        如果尋找到了希格斯粒子，證明標(biāo)準(zhǔn)模型是成功的，那么，物理學(xué)會(huì)發(fā)生什么變化呢？
        金山說(shuō)，這會(huì)成為人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界的一個(gè)新起點(diǎn)。他說(shuō)，今天物理學(xué)的天空，可謂“黑云壓城城欲摧”。因?yàn)閷?duì)宇宙的最新研究表明，現(xiàn)代物理學(xué)只能解釋僅占宇宙4%的已知物質(zhì)，其它96%的成分是由暗物質(zhì)和暗能量構(gòu)成的，對(duì)它們的本質(zhì)，物理學(xué)還全然無(wú)知，這是21世紀(jì)物理學(xué)的新挑戰(zhàn)。金山說(shuō)：“如果LHC能夠找到暗物質(zhì)粒子，就將成為鉆透黑云的第一縷陽(yáng)光，徹底改變物理學(xué)天空的面貌?！?BR>

        再次尋找希格斯粒子

        金山與希格斯粒子的尋找有不解之緣。他曾在CERN的大型正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)上（LEP）的一個(gè)尋找希格斯粒子的研究組工作了近6年的時(shí)間。2000年，他所在的研究團(tuán)隊(duì)在LEP質(zhì)量為115GeV(十億電子伏特)的地方看到了希格斯粒子的存在的跡象。
        他說(shuō)：“當(dāng)時(shí)我們看到了三個(gè)非常像希格斯粒子的事例，文章也發(fā)表了，轟動(dòng)了全世界，美國(guó)的《紐約時(shí)報(bào)》和英國(guó)BBC等媒體整天都在CERN報(bào)道，它們將這三個(gè)粒子稱(chēng)為‘黃金候選粒子’。但當(dāng)時(shí)還不能確認(rèn)它們就是希格斯粒子，只是很像，還必須要有大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)證明，但我們已經(jīng)將希格斯粒子質(zhì)量的下限提到了115GeV。這時(shí)，LEP的能量已經(jīng)加不上去了，需要更高能量的加速器，也就是說(shuō)，只有更高能量的加速器在才能將更重的粒子打出來(lái)?！?BR>        LEP建成于1989年，主要目的是為了尋找希格斯粒子；2001年，LEP停機(jī)，騰出隧道用于LHC的建造。
        2001年，金山回到了他攻讀博士學(xué)位的中科院高能所，負(fù)責(zé)北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)北京譜儀實(shí)驗(yàn)的物理研究。并在北京譜儀實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)了X1835等新粒子。
        2007年，金山接替一位退休的研究員，擔(dān)任LHC上的ATLAS實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中國(guó)組負(fù)責(zé)人。走上新的發(fā)現(xiàn)之旅，他非常激動(dòng)。他說(shuō)：“10多年前，我在LEP實(shí)驗(yàn)直接參與了發(fā)現(xiàn)三個(gè)‘希格斯粒子黃金候選事例’的工作，今天又參與LHC的實(shí)驗(yàn)，再次尋找希格斯粒子，這是令人非常振奮的一件事。ATLAS中國(guó)組按時(shí)按質(zhì)完成了探測(cè)器的建設(shè)、安裝和調(diào)試，下一步就是做物理分析，獲取物理成果。目前在ATLAS實(shí)驗(yàn)的研究中，有10個(gè)與希格斯粒子相關(guān)的課題得到了合作組正式認(rèn)可，我們中國(guó)組的成員被指定為其中一個(gè)課題的召集人。可以說(shuō)我們?cè)谇把責(zé)狳c(diǎn)課題中占有了重要的一席之地”。

        中國(guó)參與ATLAS和CMS兩個(gè)項(xiàng)目

        談到中國(guó)的貢獻(xiàn)，陳和生認(rèn)為，中國(guó)政府對(duì)中國(guó)科學(xué)家參與LHC的建設(shè)和研究非常重視，我國(guó)科技部、基金委和中國(guó)科學(xué)家共同支持了其中兩個(gè)探測(cè)器CMS和ATLAS的建設(shè)，大學(xué)還以自籌經(jīng)費(fèi)等方式參加了另外兩個(gè)探測(cè)器ALICE和LHCb的建造，總計(jì)達(dá)8000多萬(wàn)人民幣，“這個(gè)數(shù)目對(duì)我們國(guó)家來(lái)說(shuō)是很大一筆錢(qián)，在CMS的建設(shè)上，我們的貢獻(xiàn)大概是1%?！?BR>        從縱向的角度看，國(guó)家的投入在增加之中。金山說(shuō)，“當(dāng)初建LEP時(shí)，中國(guó)政府有一定投入，但做物理時(shí)，就投錢(qián)很少了，當(dāng)時(shí)在LEP工作的中國(guó)科學(xué)家有許多是在其它國(guó)家的研究小組中工作，他們做出了非常漂亮的工作，為L(zhǎng)EP做出了很大貢獻(xiàn)，但不能講是中國(guó)人獨(dú)立的貢獻(xiàn)，這是非常遺憾的事。現(xiàn)在，中國(guó)政府不僅對(duì)LHC的建設(shè)有投入，也在投入建設(shè)后的物理研究，在ATLAS 和CMS實(shí)驗(yàn)上每個(gè)都投入了1000多萬(wàn)元，專(zhuān)門(mén)做物理分析和研究，這是一個(gè)很大的進(jìn)步?！?/FONT>