LHC文摘/LHC的事实和神话

发表于 2008年9月12日由李淼

在开始之前，我继续做广告：

The 3rd Asian Winter School on String Theory

下面是我看到的一些有趣的关于LHC的东西，然后是我给南方周末写的一篇短文。

LHC文摘

两天前，也就是LHC试运行的那天，全世界的物理学家们都在关注和庆祝，也有一些非物理学家在关注和庆祝。我们则还处在奥运的余波中，以及关注残奥。关注这两件事并不矛盾，但我还是从网上感觉到这世界还不是同一个世界。

例如，几乎所有含有粒子物理的美国大学物理系在当天或多或少地举行一些庆祝活动，费米实验室搞了一个pajama party，加州理工学院搞了比萨和啤酒party，康纳尔大学搞了一个公众论坛……

Sean Carroll开了一个随时更新的博文，在这里博文里，JoAnne Hewett写道：

Actually, it is the end of the world as we know it. I will never again have to write a paper detailing the signatures of some crazy new Terrascale theory, wondering if there is any chance of connection to reality. I will never again have to plot a cross section as a function of the Higgs mass. In fact, I will never again have to do a loop over the Higgs mass in a code. I will never again wonder how electroweak symmetry is broken, how the hierarchy between the electroweak and gravity fundamental scales is maintained, whether there is a WIMP dark matter particle, or whether supersymmetry or extra spatial dimensions actually exist. Fundamental questions and roadblocks that have plagued us for literally decades will finally be answered and we will at last be able to move forward instead of spinning our wheels. Yes, indeed, the world will be truly different.

有些话也许太乐观了，但我感到的一种放松是实实在在的，例如她说很快我们就不再需要写一些乱七八糟的关于Tev物理的论文了，我们不再需要画出对可变的Higgs质量依赖的散射截面图……

这篇博文中还提到和LHC有关的最有诗意的论文题目，这篇文章是Mihoko M. Nojiri写的，题目是：The Night before the LHC。

Sean Carroll属于Cosmic Varaince群博，很明显那里的每一位博客都被美国一些媒体采访或邀请去谈话，例如JoAnne Hewett说：

Yours truly has just been recruited for a 5 minute live radio interview on KCSB (the station is on the UC Santa Barbara campus) at 7:30 tomorrow morning. I guess David Gross has the good sense to be asleep at that hour! In any case, I’ll be sure to drink some coffee first, lest I spew some gibberish on blackholes.

JoAnne最后一句话很幽默。

有庆祝，同时也有悲剧发生。有报道说印度的一位16岁女孩因为担心LHC带来灾难而自杀。我相信她对灾难的迷信来源于那些灾难说支持者，特别是那些如Otto Rössler教授组织的对CERN的起诉。Otto Rössler是生物化学家，据说对chaos研究有很大贡献。在研究生物化学的同时，他还研究黑洞，在黑洞问题上他是典型的科学妄想者(crackpot），他在欧洲人权组织的起诉至少间接地导致印度少女的死亡。我们是否也该起诉Otto Rössler？

印度少女自杀的消息：Teen commits suicide after ‘end of world’ reports

科学作者Alan Boyle在big bang on the web 提供了一些关于LHC录像的链接。

未完待续……

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下面是写给南周的文章，勿转

LHC的事实和神话

位于日内瓦的欧洲核子中心一直是高能物理（或粒子物理）的实验中心之一，有时在某种意义甚至是唯一。着手建造于1997年的大型强子对撞机（LHC）终于在本月10号当地时间上午9点半注入第一束粒子，标志着以LHC为中心的新的粒子物理纪元的开始。在此之前，美国费米国立加速器实验室在1995年发现了顶夸克，一种最重的夸克。从1995年到现在，粒子物理的最前沿几乎没有什么重大发现（中微子的质量实验是例外），悲观的人认为粒子物理已经成为黄昏科学，前景黯淡。

费米实验室发现顶夸克的前一年，欧洲核子中心决定建造LHC，粒子物理领域工作的科学家们对此产生了极大的期待。为什么我们这么重视这项复杂的实验呢？一个原因是，目前物质结构的最完美的理论，叫做标准粒子模型，还剩下最后一个粒子没有被发现。这个粒子学术上叫做黑格斯粒子，在西方有时被称为上帝粒子，原因是很多基本粒子的质量来源于这个粒子。例如，如果没有这种粒子，我们就无法解释电子的质量是哪里来的。粒子物理学家们根据理论推测，上帝粒子应该出现在LHC上的质子（就是氢元素的原子核）和质子对撞瞬间的过程中。上帝粒子是不稳定的，也就是说，它们不会像电子和质子那样一直存在下去。发现黑格斯粒子本身也许并不重要，因为理论家口袋里的标准模型已经有了这个粒子，但随之而来的物理细节很重要，这些细节可能会揭示我们迄今还没有弄清楚的问题，例如真空的结构，例如所谓高度对称的破缺到底是怎么发生的。这里提到的高度对称是物理学家们用来解释为什么电磁力和弱作用力其实是一种力。另外，有理由相信，LHC有一定机会发现那些充斥宇宙间的暗物质粒子。

除了标准模型，物理学家们还为未来的实验准备了很多五花八门的设想。例如有一种设想认为，世界比我们想象的还要对称，自然界中每一个基本粒子都有一个隐形的伙伴，叫做超对称伙伴。例如，电子应该有一个叫做超电子的伙伴，这些伙伴的某些性质和原来的粒子一样，有些性质完全不一样。例如超电子应该带有和电子一样大的电荷，但自己不像电子那样不停地自转，它的质量也远远大于电子-这是我们到现在还没有看到它们的原因。超对称理论还不是最神奇的理论，更加神奇的理论包括大额外维：在三度空间之外还存在更多的空间维，还有超弦理论：粒子不是粒子，其实是一根振动的弦。如果我们足够运气，LHC也许会发现额外维，甚至很多振动的弦。虽然物理学家们不乏想象力，大自然的想象力超出任何物理学家，也许，LHC会给我们带来完全意料不到的东西。

这项耗资数十亿欧元的人类历史上最大的实验几经周折终于启动，启动之前引发了媒体报导热潮和所谓民科们的强烈反对。反对的原因之一是LHC会产生微型黑洞，黑洞一旦产生会吸积附近的物质，越长越大，最终吞噬地球。各种莫名其妙的担心都有，有人认为世界末日在LHC启动的时候立刻来临，还有人经过“计算”告诉我们黑洞会在四年之内蚕食尽地球。在普通的电话骚扰甚至死亡威胁之外，灾难说支持者们甚至将欧洲核子中心告上法庭。10号进行的预热并没有带来任何灾难，原因是只有一束粒子束，还没有用来碰撞的运行方向相反的粒子束。那么，一旦LHC以预计的方式全力进行试验，灾难会降临吗？当然不会。一来，只有在大额外维理论中黑洞才会产生。二来，即使黑洞真的产生了，它们也不会做什么坏事，否则，在过去的数十亿年的地球史上，不断轰击地球的高能宇宙射线早就产生黑洞从而毁灭地球了。同样，天文学家观测到的很多天体上也进行着高能碰撞，那些天体并没有发生黑洞带来的异常。

另一些人认为高能碰撞可能会改变真空，触发某种不稳定从而导致灾难。我们经常会说LHC上的质子的动能大约是一只蚊子飞行的动能，两个质子相撞就像两只蚊子相撞。两只蚊子相撞带来的后果在蚊子看来是灾难性的：死亡，对人类却没有什么影响。当然，两个质子相撞发生的空间尺度要小得多，所以有人担心产生的奇异物质或不稳定真空可能是灾难性的。LHC上有一台叫ALICE的探测器会产生类似的物质形态，但产生的规模远远不及宇宙大爆炸。何况，ALICE的前身美国布鲁克海文实验室早就做了8年的类似实验，什么灾难也没有发生。

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中国科学院理论物理研究所研究员

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