香肠和黑洞
日内瓦,2008年9月9日晚上9点30分
还有几个小时就要离开大型强子对撞机了,一些前所未有的事情正在发生,这是高能物理史上空前的事情。全世界的注意力都集中在明天日内瓦将发生的事情上。数十名电视台工作人员和数百名记者蜂拥至欧洲核子研究组织,在咖啡厅或办公室的走廊里追着我们做采访。这一切都始于几周前,一开始没有人留意。我们很多人都开始收到这样的邮件:“停止实验!你们冒的风险不仅是毁灭你们自己,还有地球上所有的居民,他们没有你们这些日内瓦科学怪人那么傲慢自大。”
在每天收到的数百封电子邮件中,总有一些奇怪的邮件。通常,只要把它们删掉就行了,但这一次,情况似乎有所不同。随着时间的推移,这样的电子邮件越来越多,然后,请愿书和令人担忧的新闻开始在网上流传。尤其,有一段视频在网上病毒式地传播开来。这段视频显示了整个地球在几分钟内被大型强子对撞机产生的微观黑洞吞噬。怪物生长迅速,首先吞噬加速器,然后吞噬日内瓦和市里的湖泊,最后吞噬整个星球。视觉效果令人震撼。就连《时代周刊》这样的新闻媒体都以《对撞机引发的世界末日恐惧》为标题报道时,我明白这件事不可忽视,也明白解决这件事将耗费大量的时间和精力,而我们本想把这些时间和精力投入最后的准备工作。
这一切都是由两个奇怪的家伙发起的,从2007年3月开始,他们想尽一切办法让人们谈论他们。一个是奥托·勒斯勒,他是一位退休的德国化学家;另一个是沃尔特·瓦格纳,他是一位居住在夏威夷的退休人员,曾在反应堆安全领域工作。近十年,瓦格纳一直在美国法庭上谴责每一台新加速器的负责人,指控他们冒着毁灭地球的危险做研究,但没人认真对待他。勒斯勒向欧洲人权法院提出上诉,但没有得到更好的结果。
在等待大型强子对撞机中的第一批粒子束进入循环时,这两人都疯了。他们的讲述很可怕:“几周或几个月后,有人会看到一束光从地球中心射入印度洋,然后太平洋也会发生类似的事情,这将是末日的开始。”“第一次碰撞就会形成一个微观黑洞,起初,没有人会注意到任何东西。这个饥饿的小怪物会开始吸引并吞噬它遇到的所有物质,在接下来的几周内什么也不会发生;然后,突然间,当它的质量达到巨大的规模时,没有人能够阻止它,整个星球将在眨眼之间被吞噬在《圣经》中世界末日的闪光里。”
在一个正常的世界里,没有人会认真对待他们,但我们生活在一个不正常的信息社会里。灾难的想法激起了数十亿人的好奇和恐惧。这条耸人听闻的新闻上了头条,大标题引起了人们的注意并且大卖。有一个人开始这样做,其他人将不可避免地效仿,就像雪崩一样。在这种情况下,使用理性的论证是没有用的,因为面对恐惧你不会思考,只会逃跑。在这种情况下,我们也无能为力。欧洲核子研究组织发表了一份长达数十页的详细报告,报告中显示,所有新闻使用的论点都是荒谬的,在大型强子对撞机中不可能产生危险物体。这并不能阻止集体恐惧,所以我们仍然在这里,年复一年地向记者解释,大型强子对撞机的黑洞,如果产生,会在瞬间蒸发,只在我们的系统中留下非常微妙的痕迹;我们引以为豪的加速器产生的能量,对我们来说似乎是巨大的,但与数十亿年来一直在轰击地球的宇宙射线相比,这根本算不了什么,诸如此类。
我很抱歉这一切降临到脆弱的人身上。在这些日子里,有些人真的害怕一切都会结束;人们遭受了严重的痛苦,母亲们担心自己孩子的未来,找不到让她们安心的方法。
晚上9点30分,我收到了塞尔吉奥的邮件,他是我在比萨的老朋友,这让我心情愉快。他告诉我,他一直在关注网络上关于黑洞的讨论,并且他不太相信网上的言论。他刚吃完他最爱的菜肴:烤香肠。他大饱口福,喝了不少藏在地窖里的好酒。他产生了一个可怕的疑问:如果他们说的是真的呢?如果一切在几个小时内就结束了呢?塞尔吉奥知道我在风暴的中心,我可以得到第一手的消息。他回忆起过去的友谊,向我寻求冷静的建议。“圭多,如果你有哪怕是丝毫的疑问,请让我知道。拜托,如果一切都必须结束,我会毫不犹豫地扑向桌子中央那盘仍在**着我的香肠。”
我笑着回答,让他安静地上床睡觉,最重要的是不要丢下香肠。他将有足够的时间吃他最喜爱的菜肴,或者在接下来的日子里,他会做得更好,想要对他的肝脏好一点。
超级显微镜
一个多世纪以前,卢瑟福勋爵曾证明,通过用氦原子核轰击一片金薄片,可以研究物质最内部的结构。氦原子核是放射性物质衰变释放出来的,当时被称为α粒子。卢瑟福巧妙地证明了,金原子有一个非常小的原子核,所有的正电荷都集中在这个原子核里。这个实验让我们建立了一个今天仍然有效的原子模型(一团电子围绕着原子核运动),为量子力学铺平了道路(经典力学无法解释为什么电子在其运动中不会因辐射而损失能量,并且最终没有落入原子核内),并且这也是使用大型粒子加速器进行现代实验的鼻祖。
从卢瑟福开始,人类开始用越来越高能的发射物来探索物质。电子和α粒子首先被宇宙射线所取代,宇宙射线是一种来自太空的连续不断的高能粒子流,从四面八方不停地轰击我们。最终,从20世纪30年代开始,当人们可以在实验室里产生并加速电子束和质子束时,加速器时代拉开了帷幕。
通过将电子、质子或重离子加速到非常高的能量,并使它们相互碰撞,微小的物质碎片的能量和温度就有可能达到在早期宇宙的极端条件。这样,就有可能在实验室中,在可控的条件下,重现那种大爆炸后大量散布于宇宙中而当下无法生存的粒子生态。
我们也可以把加速器想象成超级显微镜,它可以用我们具备的穿透性最强的辐射—高能质子—扫描物质,以突出微小的细节。
辐射或粒子的能量和波长成反比:能量越高,相应的波长就越短,我们的显微镜分辨率就越好。只有粒子加速器中的高能电子和质子才有可能将质子的细节可视化,质子的大小是1fm(10-15m),甚至质子的内部组成部分,如夸克,其尺寸小于1am(10-18m)。即使夸克是复合物质,就像质子一样,它们的结构也可以在未来被探测到。用拥有足够能量的发射物来探索这些新的基本物质成分的微小尺寸。
因此,粒子加速器可以被视为超级显微镜或时间机器,能够带我们回溯数十亿年前,看到发生在非常遥远时间里的现象,理解在大爆炸之后的瞬间。它们是已灭绝粒子的工厂,因为它们(通过高能碰撞达到真空的结构)能够使粒子或物质状态在几分之一秒内重现,而这些粒子数十亿年间都不存在于我们的宏观宇宙中,这些物质状态通常只存在于遥远或完全不可触及的角落。
大型强子对撞机,伟大的加速器,是这一研究领域的典范。
宇宙中最冷的地方
建造像大型强子对撞机这样的加速器绝非易事。当美国的超导超级对撞机项目在1993年被取消时,欧洲核子研究组织最初的热情很快被担忧所取代。又一次证明鲁比亚之前是对的,但现在没有借口了,我们真的需要建造大型强子对撞机:一台未来主义的机器,成千上万极其复杂的磁铁,具有控制和保护系统的超高强度束流,所有这些都有待发明。即使是最大胆的专家也会感到血管和手腕颤抖。疑虑开始蔓延:如果这是我们力所不能及的事情呢?并且如果那些年长的物理学家们是对的,他们当中的一些诺贝尔奖得主会一直微笑着对我们说:“这样的机器绝不会正常运作吧?”
怀疑是有道理的。要建设新的加速器,与迄今为止所做的一切相比,有必要进行一次质的飞跃。为了让7 TeV能量的质子在轨道上运行,对磁铁的测试必须达到9.7T,大约是地球磁场的10万倍,这是在加速器中从未达到过的数值。
乔治·布里安蒂采用了两个束流在同一磁体内循环的设计,这个设计优雅而巧妙,但也很复杂。任何一个微小的缺陷都会对轨道的稳定性造成灾难性的影响。要控制高强度束流,使其在27km的环形轨道中每秒转11 000转并且保持10 ~ 12h,这是一项非常艰巨的任务。任何微小的扰动,引导路径的1 232个磁铁在特性上的任何差异,都会干扰质子包的传播并危及机器的正常运作。
随之而来的还有控制储存能量和保护磁铁及设备的问题。大型强子对撞机束流的能量可以与以每小时150km的速度运行的火车的能量相比,这种能量集中在束流中,在距离精密仪器几毫米的距离内循环,这对所有保护系统专家来说都是噩梦。如果没有考虑到磁铁本身所储存的能量,可能会造成无法弥补的损害。
还有另一个麻烦。质子在同步加速器的光辐射下损失的能量很少,对循环束流的影响并不重要,但损失的能量会储存在非常低的温度下运行的机器部件中,低温系统需要达到足以吸收这额外的不稳定来源的规模。
最后是辐射损害。隧道里的所有物体都会受到粒子流的撞击,这会对任何系统产生压力。在普通电子设备停工几个月的情况下,电力线路和控制系统必须继续存在。一切都将使用有待开发的创新部件进行设计,也必须发明新的材料来取代那些在最暴露的区域中由于辐射的影响而变形、变硬或破碎的材料。
林恩·埃文斯是一个富有魅力、粗犷的威尔士人,父亲是克姆巴赫村的一名矿工。这个村庄的名字很难发音,坐落于卡迪夫郊区周围的山丘中。
多年以后,在一个特别放松的夜晚,林恩一边喝着啤酒,一边向我承认,他从小就对物理感兴趣。他还记得自己扮演小化学家时在家里引起的一些小爆炸。他的第一个实验室是家里的厨房。他的母亲猛敲他的后脑勺作为对实验的回应,当他父亲晚上从矿井回来时,他也得到了教训。
林恩的体格令人印象深刻,他是一个天生的领导者。他很少微笑,不怒自威。当有需要的时候,他不求助于别人,他也知道这很难。但他比任何人都了解加速器的所有秘密。当乔治·布里安蒂于1994年退休,林恩被任命为项目负责人时,每个人都知道他是合适的人选。如果有一个人能完成这项任务,那就是他。事实上,在接下来的14年里他便担任这一职务,一直到加速器开始工作。
林恩给项目的标记立等可见。鲁比亚所指出的不现实时期显露了出来:无非是虚张声势,让美国人陷入困境。然而,该项目现已获得批准和资助。林恩让世界各地的数百名工程师和物理学家来工作:寻求印度的帮助,欧洲核子研究组织召集专门的人员来测试大批量生产的磁铁。吸收俄罗斯新西伯利亚最好的专家,参与大型强子对撞机质子传播的生产线。向费米实验室的美国专家和KEK实验室的日本专家寻求帮助,生产一种特殊的磁铁,其目的是将束流聚焦在相互作用区域周围。尽管欧洲核子研究组织发挥了决定性的作用,但从一开始就很明显,这是一个全球性的挑战。
因此,欧洲核子研究组织最好的物理学家和工程师专注于设计最关键的部件:磁体、低温学、光学和控制系统。
作为磁体的冷却系统,我们选择将磁体浸泡在液氦浴中,温度为绝对零度以上1.9度,等于-271.1?C,比美国兆电子伏特加速器的磁体低几度。因此,这个温度比外太空的平均温度约低1度,欧洲核子研究组织成了宇宙中最冷的地方。降低温度,即使是轻微的降低,也意味着为磁铁运行争取了余地。磁场和电流密度越高,越需要降温来维持稳定的超导状态。
很明显,这项工作正处在不可能的边缘。导致伊莎贝尔项目失败的惨痛教训,仍在每个人的记忆中。林恩意识到,能够制作出符合规格的原型很重要,但这并不意味着什么。真正的挑战是组织和管理数以千计的磁铁的工业生产,这些磁铁必须几乎完全相同。我们说的是16m长、27t重的玩具。把它们放在一起,已经是一个令人恐惧的任务了。它们都必须在水平面中以很小的曲率组装,以沿着隧道的整个环圈伴随粒子的轨迹,并且有必要考虑与常温之间的转变引起的收缩和变形。所建车间的工作温度须为-271.1℃。似乎这还不够,超导线材的绕组和浸透它们的薄绝缘层必须非常完美,才能产生相同的、可复制的磁场,达到差异率为一万分之一的最佳水平。
通常,当有问题需要解决时,人们就会咨询一个意大利人。卢西奥·罗西是来自米兰的教授,磁铁专家,有着高超的管理技巧。他研制了大型强子对撞机磁体的第一个原型机,并取得了成功。1994年布里安蒂在欧洲核子研究组织展示的磁铁,是大型强子对撞机被批准的决定性因素,它是与意大利国家核物理研究院(INFN)合作建造的。2001年,林恩选择卢西奥来管理项目的这一关键阶段,他毫不犹豫地离开了大学课程,一头扎进热情、恐惧和焦虑的工作中,直到几年后,当最后一块磁铁安装在加速器上时,他才从隧道中出来。为了制造大型强子对撞机的1 232个超导偶极子,欧洲核子研究组织不仅设计了磁体的每一个细节,而且还设计了所有必要的设备。三家公司参与其中 —— 一家意大利公司,一家法国公司,一家德国公司。每个公司都被要求生产供应量的三分之一。如果其中一个公司失败了,其他两个公司可以接管。尽管存在延期和无数的问题,但最终,我们赢得了决定大型强子对撞机成败最重要的赌注。
不过,加速器的建设充斥着无数的技术风险和财务危机。没有一个部门幸免于此。磁体的生产,低温技术,真空,甚至最后为了聚焦束流的磁体,理论上必须相对标准,必须由美国人和日本人制造,但事实证明是有问题的,需要许多干预和改进。最后,这一切都转化为成本的增加和加速器启动日期的持续变化。
1998年鲁比亚在达拉斯挑战了超导超级对撞机的支持者们,当时定的最初日期很快就要到了。另一方面,每个人都知道他利用了这个时间点,他像是在公牛面前挥舞着它,让公牛低着头冲过去,然后用一根棍子把它打死,有点像斗牛士利用穆莱塔的手法。最终,在技术上的延迟和消化额外成本的需要之间,一切都缓慢且不容置疑地延后了十年。1994年所指出的26.6亿法郎的巨额费用已成为更为现实的数字,即46亿法郎。欧洲核子研究组织设法通过10年期贷款获得这些资金,并大幅削减人员数量和一般运营成本。
和我上司的争吵
当林恩和他的团队在离测试磁铁原型的棚屋几百米远的地方忙着与逆境抗争时,激烈的讨论开始了。实验物理学家的巨大挑战,早在大型强子对撞机项目被正式批准之前就开始了。自1984年开始大型正负电子对撞机挖掘工作以来,已经举行了几次会议,转折点出现在1990年,当时数百名年轻的物理学家聚集在古老的亚琛,那里仍然保留着查理曼大帝统治神圣罗马帝国的石头王座。
他们提出的新实验和形成大型国际合作的机制如下:这一切都源于个人或小组的主动性,他们自发地写文章,提出想法,并在最有声望的地点、大型研究实验室或大学讨论这些想法。这种情况早在项目获得批准之前就存在,但仍有可能一事无成,就像伊莎贝尔和超导超级对撞机项目的情况一样。这是一个美丽、混乱和狂野的阶段,人们可以毫无顾忌地提出天马行空的想法,这些想法往往是无法实现的,有时是革命性的,打破了当时使用的范式。然后通过一种选择,在这种选择中,想法被过滤和净化。通过自发的聚集,一些小团队共享相同方法的协议悄悄地出现了,并开始提出一个具体的提议:在前一阶段盛放的数百朵野花,被组织成一个连贯的花园项目。他们提出了一个实验,并在一个简短的文件中进行了描述,并附有意向书,阐明了一般原则、目标和实现目标所需的基本技术。
在这一点上,第二个阶段开始了,自发性减弱,结构性增强。在这个阶段里,资助机构、大型实验室、有组织的团体、国际领域的高能物理学负责人纷纷行动了。伟大的合作诞生了,各方同时考虑了必要的资源,试图与重要的机构达成共识,有时在项目上做出妥协以换取政治和财政支持。实验方案变成了一个清晰的计划,工程师将其具体化,并呈现在更详细的图纸中,以更精确的方式评估成本,我们开始看见建造的各种责任将如何分配。
在这个过程的最后,有一个真正非常困难的选择。一些建议被接受,另一些则被无可挽回地拒绝,只有正式批准的实验才能开始冒险。
1990年10月,在亚琛碰面之前,我就和米歇尔·德拉·内格拉[21]打过交道。我和上司争吵,被迫去了亚琛。他不同意我把精力投入一个他觉得永远不会成功的项目。他认为我做的事严重浪费时间。和我一起工作的小组其他成员听到我们在我的书房里尖叫时,都惊呆了。那样大声说话是不常见的,但是,那一次,我也失去了理智。毕竟,我只是提议他在德国参加几天讨论新探测器的会议。我有一个想法,对我来说似乎很疯狂,但它行得通,我想去亚琛展示并讨论它,那里有100个梦想在大型强子对撞机中发现希格斯粒子的疯子。我的老板很不高兴,非常不高兴。也许他预见到不久之后会发生什么,我将去建立另一个项目,组成我自己的小组。也许他比我自己还要早些意识到,我们最终将分道扬镳。
就在那一刻,我感到一种责任:我有责任提出我的想法。长话短说,他威胁我,我板着脸回答。最终我设法离开了,但我和他的关系将不可挽回地受到损害。这是我经常对我的团队中最年轻的成员讲的一个故事:“如果你在追逐梦想,不要听那些试图约束你的人讲的话,即使他们是世界上最权威的物理学家。去**指引你的地方,也许你不能实现你的梦想,但你肯定不会后悔。”
紧凑渺子线圈的水晶之心
我去了亚琛,提议使用非常精细的硅探测器作为示踪剂。追踪器是现代粒子物理实验的核心,也是还原事件的大型数码相机最重要的部分。它们通常是制造过程中最复杂和最困难的部分,因为它们是围绕相互作用区的探测器,紧邻发生碰撞的真空管外部。它们的目标是记录数百个在相互作用过程中产生的带电粒子在转变中的微弱信号,重现它们的轨迹并测量它们的特性。大型强子对撞机预计所需的能量和亮度如此之高,以至于当时使用的所有技术都无法发挥作用。人们普遍意识到这是最棘手的问题之一,甚至鲁比亚都放弃了。卡罗提议用铁球探测器,这可不是开玩笑。他认为还原在大型强子对撞机中出现的痕迹是不可能的,并且没有探测器能承受核心设备所产生的极端环境,因此他提出,在相互作用区周围放置一个直径数米的大铁球,并在其外部装备μ子探测器。在相互作用中产生的所有粒子都会被铁吸收,只有最具穿透力的μ子会从地狱中出来。按照标准模型的说法,一个希格斯玻色子衰变成四个高能μ子时,是无法逃脱的。然而,这次鲁比亚的方法错了,无法奏效。我们对此深信不疑。如果不了解这台仪器的核心发生了什么,就不可能发现希格斯粒子。你需要确定这四个μ子来自完全相同的点,并且它们不是由随机重叠的相互作用或其他粒子的衰变产生的。
硅探测器是我最了解的技术之一。我是世界上最顶尖的专家之一。从青年时代开始,我就是这个领域的先驱之一。虽然我和老板吵了一架,但我们一起开发了实验室里的第一批探测器,并让它们工作起来。在实验中,它们让我们能够清楚地看到粒子的细节,从而引出了一系列新的测量方法。
超纯硅的薄晶体,类似于电子设备中使用的晶体,对带电粒子的通过很敏感,可以在相隔百分之几毫米的血小板中获得无数的电极,这些电极收集由粒子通过而产生的微小电荷云。超灵敏的放大器记录信号:通过这种方式,轨迹的点可以精确到几微米,就像在显微镜下一样,重现轨迹是小把戏。使用硅探测器,你可以将相互作用的细节形象化,否则这些相互作用的结果将完全让人困惑。
我的想法是,它们是大型强子对撞机的正确选择。我一说起这件事,大家就都撇嘴。他们是对的。在大型强子对撞机的环境中,目前的探测器只能维持几周时间。事实上,辐射改变了硅的特性,如果没有采取特殊措施的话,探测器很快就变得没用了。此外,当时还没有公司能够大量生产这些晶体,而我们需要数百平方米的晶体。它们是非常昂贵和复杂的物品,世界上只有很少的公司能够制造它们。如果要装备大型强子对撞机的仪器,晶体的数量需要比20世纪90年代使用的数量多上数百倍,而单位成本要低十倍。然后我们不知道如何制造读取数据所需的电子设备。数以百万计的微型放大器也将不得不承受可怕的辐射,真是疯狂。
当我和米歇尔·德拉·内格拉谈起这个问题时,他的眼睛立刻亮了起来,他对我说:“这个想法对我来说似乎不错,你为什么不跟我们一起合作,让我们把这个想法付诸实践呢?”
米歇尔·德拉·内格拉是一位法国物理学家,他的姓氏暴露了他遥远的意大利血统。他毕业于巴黎综合理工学院,与鲁比亚一起发现了W和Z玻色子。和其他才华横溢的年轻人一样,在实验结束后,他更喜欢走自己的路,离开了性格强硬的大老板,他倾向于粉碎和吞噬所有人,甚至他最出色的合作者。米歇尔身边总是有一位印度血统的英国物理学家,他的伙伴泰津德·维尔迪,大家都叫他吉姆。一个真正的战士,就像他的家族传统上属于锡克教徒一样。他出生在肯尼亚,毕业于英国,在英国这样一个极端保守的学术机构中,他与各种偏见和障碍做斗争。他也和鲁比亚一起工作过,在那里他遇到了米歇尔,并成为很好的朋友,他们决定一起开始一场新的冒险。
在亚琛与米歇尔的会面改变了我的生活。我加入紧凑渺子线圈项目是因为我一开始就喜欢米歇尔。他比我大几岁,意志坚定,是个实践派,能力突出却不太倾向于表现自我。米歇尔在吉姆的帮助下提出了紧凑渺子线圈项目简单而优雅的设计,我们在咖啡桌上讨论了几周,在餐巾纸上绘图。这个设计因其美丽和散发出的无与伦比的清晰,赢得了我的心。
鲁比亚把一切都押在了W和Z玻色子衰变成电子的过程上。为此,他在磁铁中安装了一个中央示踪器,并在周围安装了一个电磁量热计,这是一种专门吸收电子和光子并测量其能量的探测器。在磁铁内部,电子的轨迹和脉冲被重现,它们被量热计完全吸收,因而能被识别出来。
基于当时的超级质子同步加速器(SPS),这个想法非常适合该实验,但是大型强子对撞机的亮度会高出1万倍,并且在20世纪90年代,我们还不知道是否有可能在数百个其他粒子碰撞产生的痕迹中识别出电子。这就是为什么米歇尔决定把所有的精力都集中在μ子上。μ子比电子重,与物质的相互作用很小,可以穿透几十米的厚度。
紧凑渺子线圈围绕着一个巨大的圆柱形磁铁建造,该磁铁包含示踪器和量热计(用于吸收较少渗透粒子的专门层),并在外部涂有铁,装备了μ子的专门区域(重现带电粒子设法穿过铁的轨迹)。
在碰撞中产生的高横向能量μ子,即垂直于光束方向的μ子,会在示踪器中留下信号,但会毫发无损地穿过量热计,从而在磁铁外的专门探测器中继续显示它们存在的迹象。所有其他粒子将被量热计吸收,而通过连接内部示踪器中留下的轨迹和在μ子区域中重现的轨迹来明确地识别μ子。
该方案是必不可少的,是一个启示原型,是所有实验物理学家的梦想。
选择的时刻
大型强子对撞机最初有四个提议,形成于20世纪90年代初。在紧凑渺子线圈的基础上,提出了L3P。这是一个基于大型中央螺线管的实验,是大型正负电子对撞机项目演变来的L3实验。另外两个实验,EAGLE和ASCOT,是基于环形磁场,即甜甜圈的形状,与紧凑渺子线圈采用的圆柱形完全不同。推动EAGLE项目的是一组以彼得·詹尼为核心的研究人员,瑞士籍物理学家,曾参与过UA2项目。该实验在鲁比亚发现W和Z玻色子时就已经失去了竞争力,上次让他们吃了亏,他们暗自发誓永远不会再失败。
在UA2项目中,彼得遇到了一个非常年轻的意大利人。她在米兰的国家核物理研究所工作,无论是在物理分析,还是在新探测器的开发领域,她都非常自信。米兰的小组正在研究一种新型电子和光子量热计的原型,它可以用于欧洲核子研究组织正在讨论的新型加速器。在一个仍然由男性主导的世界里,一个年轻的女研究员,艺术和音乐的爱好者,总是非常友善,她得到了极大的尊重。她说话精准又有魅力,当她说话时,每个人都默默地听着,尤其是在讨论物理的时候,这个女孩总是能抓住要点,如果有问题要解决,她不会退缩。彼得毫不犹豫,让法比奥拉·贾诺蒂从一开始就参与新探测器最困难的研究。
针对大型强子对撞机提出的四个实验项目,只有两个将得到批准。来自欧洲核子研究组织总干事的信息响亮而清晰,他还有一个隐含的建议:“为什么不尝试在两个提案上达成一致?一个基于螺线管几何形状,另一个基于环面几何形状?”由此,紧凑渺子线圈项目和L3P项目开始了会谈,ASCOT项目和EAGLE项目也展开了讨论。
L3P的领导是丁肇中,“十一月革命”的主角。当我们第一次见面讨论时,我非常激动。当他的发现传遍世界的时候,我正在比萨准备我的论文。丁发现了第4种夸克的魅力,这是一种全新的物质形式,它点燃了高能物理学,因此,丁肇中在1976年与伯特·里希特共同获得了诺贝尔物理学奖。
在我面前的是一位20世纪下半叶物理学界神话般的人物,我发现他的性格很差。他极具攻击性,轻蔑地看着米歇尔,傲慢地对待他。他提议与紧凑渺子线圈项目一起合作,他会带来大量的资源、资金、工程师和许多美国机构的支持,但他坚持要颠覆我们实验的基本概念理念——那个简单、巧妙,让我立刻着迷的设计。他承诺很多,但他想改变一切。他使用的科学论据并非很一致,另一方面,权力意志是显而易见的。很明显,他,这位伟大的诺贝尔奖得主,想领导孩子们手中这个实验。当我看到米歇尔的时候,他一点也不害怕,他平静地回答说他甚至不会谈论这件事,如果这些是条件,紧凑渺子线圈项目将独自继续下去,我知道我选择了适合我的实验项目。
L3P和紧凑渺子线圈被分成两部分提交给委员会,EAGLE和ASCOT将合并,超环面仪器将诞生。1993年,L3P被否决,超环面仪器和紧凑渺子线圈被批准,这让很多人感到惊讶。那时每个人都明白,有时候,不为政治上的方便而妥协是有好处的。我们对紧凑渺子线圈充满了热情,但我们知道真正艰难的游戏尚未开始。
在很多方面,我们的命运很大一部分已经被决定了。超环面仪器项目,诞生于两个实验项目的合并,将永远比我们拥有更丰富的资源和更强大的政治背景。然而,它有自己的“阿喀琉斯之踵”:为了取悦所有群体,它集成了许多不同的技术,而且很难将它们整合起来。它可能像大象一样强壮但不太敏捷。紧凑渺子线圈是一种更容易理解的加速器,因此可以更快地识别任何新信号,但它提出的技术如此超前,真正的挑战将是成功地建造并投入使用。
大型搅拌机
当一项实验被正式批准时,一个地狱般的机制就会启动。欧洲核子研究组织任命了一个由专家组成的委员会,负责监督人们正在做的事情。你必须解释一切,详细的活动计划,以及一长串要实现的中间目标。从底层开始,疯狂地寻找新员工,与最先进的公司建立联系,疯狂地进行研发。
这就像在一个高速旋转的搅拌机里,乘坐过山车,飞到平流层的高度,然后坠入深渊。
对我们来说,这是激动人心和愤怒的岁月。我们在实验室里花了几个星期的时间来运行我们设计和提出的未来项目的原型,然后我们去世界各地寻找新的合作者,他们可以带来资源和想法,解决我们仍然面临的无数问题。
当实验被批准时,还会有一个总体预算,一个支出上限,你必须保持在这个上限以下。我们的上限是4.75亿法郎,这两个实验项目都是一样的,但这并不意味着资金得到了保证。只有说服世界各地的合作伙伴参与进来,并与他们的融资机构一起为紧凑渺子线圈的建设做出贡献,资金才会到位。
进行这种实验的确是一项整个地球都参与的集体事业。每一个国家或每一个小组,合作执行一个或多个它承诺执行的子项目。通常,设备的整个部件是按照中心规定的规范,直接在各个国家实验室中建造的。然后,所有的东西都被运送到欧洲核子研究组织,组装、安装并投入使用。我们飞到俄罗斯的偏远地区谈判数百吨铜的交易,我们需要这些铜来做量热计。驻扎在摩尔曼斯克的北海舰队正在处置大量重型炮弹。如果我们能说服他们以低于西方市场价的价格把弹头的黄铜卖给我们,我们就能省下几百万法郎。我们得到了俄罗斯物理学家同事的帮助。通过熔化100万颗子弹,我们获得了300吨铜,顺带有助于和平地改造一个军火库。然后我们冒险去了塔西拉,一个位于巴基斯坦山区的偏远地区,那里的考古博物馆仍然保存着带有亚历山大大帝时期明显痕迹的手工艺品。我们去那里是因为那里有一个重型坦克工厂要检查。它可以用来生产大型钢设备,用于支持一个特殊的量热计。在日本,一个小型半导体工厂承诺为我们生产大量硅探测器,但必须得去现场看看。于是我们飞到那里,吃完一顿以蔬菜汤和生虾为主的有趣早餐后,我们穿上防尘服和鞋子去参观处理硅晶体的洁净室。我们花了几天时间与工程师讨论所有细节,以了解我们的目标是否可以实现。然后赶往韩国,参观可以生产用于安装磁铁设备的造船厂。
最后,还需要与新的团队见面并寻找新的合作者。我记得,在众多面谈中,我去了费米实验室,我这样做是为了说服我在那个实验室工作了几年的朋友们。在鸭塘和草地之间,他们为组装半导体探测器装备了一个实验室。这里生产的数以万计的元素将对紧凑渺子线圈非常有用。这个实验室的负责人是我的一位同事,一位来自芝加哥的物理学家。我和他一起度过了几个美好的夜晚,面对着特克斯·威勒最喜欢的菜单:高高的手指牛排和成堆的薯条。从他的眼睛里,我立刻明白这将是一场比赛。我说服了乔·因坎德拉加入我们的事业。
这几年充满了魅力,也充满了冲突。有时,团队提出的技术效果不佳,为了从根本上改变方向,不得不放弃该提议。还有某个解决方案,工作多年的人突然发现这个方案被抛弃了,有人无法承受这种失望,决定离开实验。经过非常痛苦的讨论,和我们一起工作和受苦多年的朋友们最终分道扬镳。
更不用说我们在建设过程中经历的危机,尤其是在最关键的组件上。磁铁、示踪器和电磁量热计是使紧凑渺子线圈成为真正特殊实验的技术瑰宝,但它们极具未来感且难以建造,也可以判定我们的失败。
关于示踪器,我们已经谈过了。磁铁则是一个巨大的螺线管,它是一个圆柱形线圈,长13m,直径6m。它是如此之大,以至于只能将其拆分组装,因为世界上没有一台机器可以作为一个整体来搬运它。它必须产生4T的磁场,它是世界上最大的超导磁体。目前还不知道该使用哪种类型的电缆:必须发明一种新的电缆,这种电缆能够产生非常高的电流密度,超级稳定,机械强度大到足以承受线圈本身受到的磁力所产生的巨大推力(相当于数千吨的重量)。它是如此巨大,以至于不能通过高速公路运输到欧洲核子研究组织,因为隧道太小了。我们已经准备好了一个计划,在马赛把它装上驳船,然后慢慢地沿着罗讷河往上走,就像运输建造哥特式大教堂的材料一样。然后,在最后一段路程,通过当地美丽村庄的省道运输,但首先有必要拆除交通灯和所有的路标,否则这条路将无法通行。
最后是电磁量热计。我们决定把重点放在电子和光子上。经过最初的犹豫,我们确信即使在大型强子对撞机的恶劣环境中也可以重现它们,但这需要一个非常特殊的量热计。能够重现希格斯粒子的衰变是一个很大的优势,在衰变过程中会产生高能电子。如果希格斯粒子的质量在100到150 GeV之间,我们就可以利用一种罕见但非常干净的衰变,这是这种粒子的明显特征:它会分解成两个高能光子。一个复杂的电磁量热计将使紧凑渺子线圈更具竞争力,并增加它被发现的机会。首先是吉姆·维尔迪坚持使用这个解决方案,然后整个合作团队都采用了这个解决方案。
紧凑渺子线圈的量热计是一颗真正的宝石,它由75 000个闪闪发光的晶体组装而成,这些晶体是超快的传感器,当电子和光子被重物质吸收时,它们会发出微小的光信号。发射的光的数量允许我们以无与伦比的精度测量吸收粒子的总能量,但世界上似乎没有人能够生产足够纯度和足够数量的晶体。必需的材料非同寻常,那是一种由铅和钨这两种不透明的重金属,神奇地和氧结合起来所形成的巨大晶体,非常重且超透明。这是世界上很少有人知道如何掌握的化学奇迹。最终,我们在俄罗斯发现了一家晶体工厂,该工厂曾在勃列日涅夫时期蓬勃发展,但现在已濒临破产。我们找到了能做出我们想要的晶体的人,但一切都在崩溃:用于晶体生长的坩埚配备的是二战前的电力供应,随时可能崩溃,当屋顶上的雪融化时,棚子里就会下雨。所有设备都需要更新。
这是我们经历过的许多危机:磁铁的导体不能焊接;也许可以生产出量热计晶体,但成本将是最初评估的两倍;收到的首批硅传感器充满缺陷且不太稳定。当这些问题解决后我们似乎又回到了正轨,结果是我们计划用于示踪器和量热计的所有电子设备都不能工作,我们必须从头开始设计一切。距离第一次碰撞只有几年的时间了,尽管困难重重,超环面仪器还是以日耳曼军队的大胆步伐,一步步地迈入安装阶段,与我们“紧凑渺子线圈的黄金骑士”的不稳定和撕裂过程截然不同。
似乎这还不够,这里还有洞穴。为了在相互作用区周围放置大型探测器,一个探测器的区域必须被挖得足够大,足以容纳巴黎圣母院。显然超环面仪器的挖掘在正确的时间进行,没有困难,但对我们来说,每个月都会出现一个新的问题。我们在鹤嘴锄挥出第一锄时就停下来了,因为我们击中了一公顷土地上唯一的罗马别墅。然后我们会发现,紧凑渺子线圈基础设施必须建在一条罗马大路的十字路口,那里有一个4世纪的别墅,仍然装满了当时的硬币和家具。当我们开始挖掘大的通道竖井时,我们遇到了一条地下河流,它从汝拉河的斜坡向下流入湖泊。为了继续进行,我们需要在井的周围建造一个3米高的冰障,注入工业用-195℃的液氮。当这个巨大的地下洞穴最终被挖掘出来时,我们发现它在第一年就倾斜了3厘米。因此,我们高度精确的探测器可能会停留在浮动的表面上,这将永远损害其准确性。不过,工程师们这次的计算被证明是正确的,当一万四千吨的探测器用它们的重量稳定了巨大的地下结构后,一切都恢复了正常。所有这些问题都涉及研究和解决方案的探索,尽管这些解决方案都令人尴尬地滞后。而且,也不乏好事者,他们接二连三地参观将会放置紧凑渺子线圈的洞穴,不过去的时候那里仍然是空的,而超环面仪器的洞穴里已经装满设备,开展了不少活动。他们把我们的名字污化,每次在自助餐厅听到这个名字时,我都很生气。CMS = See-a-mess,“看到一团糟”,这是一种强烈的恶意,但也有一点道理。
那些年,我们真的很害怕,害怕已经迈出了最长的一步。太冒险了,选择了太多还不够成熟的技术。这么多年来,每一天,我们都生活在他人带来的痛苦和无法成功的噩梦中。超环面仪器像瑞士手表一样精确运行,紧凑渺子线圈却总是延迟。他们已经决定了电缆标签的颜色,我们还不确定我们是否还有可用的检测器基本组件。
突然,在我们没有意识到的情况下,一些事情发生了变化,一切都开始变得顺利。据我所知,我们会在2008年2月28日成功,我们会设法将包括磁铁在内的紧凑渺子线圈中心元件放入竖井中。这是一次轰动的行动,英国广播公司(英国广播公司)决定在全球范围内进行现场直播。我们已经紧张了好几天。
与在洞穴中直接组装的超环面仪器不同,紧凑渺子线圈被设计成一个巨大的乐高积木。这个巨大的圆柱体被分成了11个部分,这些巨大的结构会在地面上组装,一次放下来一个部分,放入洞穴中形成探测器。这种模块化的方法拯救了我们。它让我们能够开发出最具创新性的组件,并能在大型强子对撞机启动前的几周将它们整合到容纳它们的大结构中。
此阶段最关键的时刻是将紧凑渺子线圈的中央部分放入洞穴之中,这是最重的部分,两千吨重的金属和非常脆弱的组件必须用钢丝绳悬挂并下降100m,还要注意消除哪怕是很小的应力。世界上从来没有人做过这样的事情,专门从事大型电梯制造的公司不得不开发一种从未经过测试的特殊程序。一切都取决于这次行动的成功与否。如果它折戟,就不会有紧凑渺子线圈。
当重要的这一天到来时,从早上5点开始所有人都在那里等待,然后开始作业,钢索一出现小幅摆动,他们的心情也随之波动。吉姆·维尔迪担任紧凑渺子线圈项目的新发言人已经一年了,在米歇尔结束他的长任期后,我被任命为他的副手,负责现场操作的奥斯丁·鲍尔则是实验项目的技术协调员。这是难忘的一天。要走完这几百米需要耗费大量时间。缓慢而令人精疲力竭的下降一直在继续。下午6点32分,巨大的建筑触底时,传来一阵令人释然的掌声和欢呼声。我们像傻瓜一样蹦蹦跳跳,拥抱技术人员和工程师。我们知道我们会成功。没有什么能阻止紧凑渺子线圈。
你知道他们在大型正负电子对撞机中发现了希格斯粒子吗?
在建设和实验大型强子对撞机的15年里,发现希格斯粒子的机会之窗打开了。在大型正负电子对撞机捕获的第一个阶段,当加速器专注于研究Z玻色子时,希格斯粒子的研究产生了负的结果,只能给这个幻想粒子的质量设定一个下限。随着大型正负电子对撞机开始增加碰撞的能量,研究变得越来越有趣。在1995年到2000年之间,当我们为建造大型强子对撞机探测器而努力解决各种问题时,大型正负电子对撞机达到了209 GeV。然后发生了一些事情。
我还记得,在2000年的夏天,小组里的一个年轻人带着焦虑的表情走进我的房间,告诉我在自助餐厅里有一个传言,说大型正负电子对撞机的一个实验发现了质量为114 GeV的希格斯粒子。这很快就成为众所周知的事,我们于9月组织了一场研讨会,展示研究结果。好像真的有什么东西。微弱的信号似乎出现在不止一个实验中,而且数据看起来相当一致,尽管与标准模型的预测相比,观察到的事件数量过多。
研究结果在当时由意大利物理学家卢西亚诺·马亚尼指导的欧洲核子研究组织管理层引起了热烈的讨论。必须迅速做出决定。计划在2000年底关闭大型正负电子对撞机,开始安装大型强子对撞机磁铁。任何推迟都将对新机器的生产时间产生重大影响。另一方面,就在过去几周,这些信号似乎表明希格斯粒子就在那里,就在附近,即114 GeV。只要持续几个月,也许一年,大型正负电子对撞机就会有世纪性的发现。
那几天气氛非常紧张,讨论也很激烈。最后,马亚尼只给了几个星期的时间来进行数据采集,但当他看到关于信号强度有太多的不确定性时,他缩短了时间,并决定关闭旧建筑。他受到来自支持大型正负电子对撞机物理学家的猛烈攻击。20年的友谊破裂了,冒犯不断,怨恨注定要持续下去。多年来,那些相信大型正负电子对撞机信号的人将不断重复地宣称希格斯玻色子已经被发现,它的质量是114 GeV,而大型强子对撞机会重新发现它。最终人们会发现,这只是一个恶性的统计波动,就像其他的波动一样,尤其是当加速器接近即将被永久停止的日期时。马亚尼是正确的,即使继续采集数据,也不可能在大型正负电子对撞机中识别125 GeV的物体。在发现希格斯玻色子之后,我问马亚尼,那些曾经侮辱过他的人当中,有多少人去找他道歉,或者只是承认他是对的,卢西亚诺只用一个微笑回答了我。
随着大型正负电子对撞机项目的关闭,在大型强子对撞机的建造期间,搜寻希格斯粒子的目击者转到了芝加哥的兆电子伏特加速器项目。1995年,由于发现了顶夸克,费米实验室的科学家们决定将加速器的亮度提高到最大,并使用一些为大型强子对撞机开发的技术来改进探测器。
在21世纪的头十年里,发现希格斯粒子的一扇机会之窗也被兆电子伏特加速器项目打开了。特别是—通过结合W玻色子的质量和Z玻色子的精确测量—间接地表明希格斯粒子的质量似乎更倾向于低值,接近114 GeV,这给大型正负电子对撞机带来了很大的希望。在那个区域,兆电子伏特加速器项目仍然可能中大奖,实现大型强子对撞机的主要目标,并以某种方式为超导超级对撞机项目的失败复仇。
最大的盛会与黑色星期五
最后,经过一番巨大的努力和一连串的起起落落,一切都准备好了。伟大的时刻即将到来,真正的冒险开始了。加速器已经完成,通过了许多测试,已经达到工作温度,可以开始循环粒子束。探测器已经准备好了,我们费尽周折安装和操作最新的组件,最终我们还是成功了。甚至紧凑渺子线圈项目也会准时赴约。
很难描述那些日子里在我们中间流传的那种势不可挡、具有感染力的热情。多年来,我们一直处于最灾难性的崩溃边缘,现在,我们准备就绪,兴奋不已,确信我们将发现一切:不仅是希格斯粒子,还有超对称性,还有额外维度理论所预见的物质新状态,为什么不呢?
我记得那段时间有点醉醺醺的。也许,接下来发生的事情在某种程度上与这种过度的自信有关,在那个时期,这种自信蒙蔽了我们所有人。这种傲慢自大的表现形式,在希腊经典中描述得很好,当人们因为成就了伟大的事业而受到赞颂时,他们就会因此受到惩罚,陷入灾难。
这是2008年9月10日的早晨,一切都准备就绪。这一次,欧洲核子研究组织大展宏图,邀请了数百名记者。这是第一次在全球媒体的聚光灯下启动加速器。在会议之前忙碌的几周里,法比奥拉、吉姆·维尔迪和彼得·詹尼不得不抽出时间参加如何与媒体打交道的培训课程。几个优秀的英国广播公司记者给了我们几个小时的压力测试,训练我们回答最具攻击性的问题,并教我们避免陷阱的谈话技巧。
大型强子对撞机的启动将带来世界末日,人们这种完全非理性的恐惧越来越浓烈。我们都被这种我们不习惯的关注激怒了;我们对报纸和网站上流传的大量荒唐话感到震惊;不断要求进行采访和评论的做法浪费了我们大量时间。相反,欧洲核子研究组织通讯办公室的人容光焕发。对黑洞毁灭世界的恐惧已经引起了人们对日内瓦正在发生的事情的阵阵关注,对他们来说,这是一个不容错过的机会,以此来普及远离公众的一般科学话题。
上午10点28分,第一批质子被注入,它绕了一圈,很高兴地撞到一块薄薄的陶瓷板上,在那里留下了一个漂亮的椭圆形印记。这是一切正常运转的证明。控制室里响起了掌声。鲁比亚和林恩·埃文斯一起庆祝他们孩子的第一次啼哭。
在实验的控制室里,人们也热情高涨。香槟酒的瓶塞被拔开了,你不得不绕着现场采访走:英国广播公司、美国有线电视新闻网、半岛电视台和许多其他的媒体。当我与意大利广播电视台(Rai)TG1、TG2和TG3三个频道的工作人员交谈时,我知道媒体界已经深入最根本的层面了。
我还记得,就在一年多前,我带着一丝苦涩打电话给TG1的管理层,告诉他们英国广播公司正准备直接进入紧凑渺子线圈洞穴的中心位置进行全球范围的直播。意大利广播电视台也要派个人来,这让我觉得这件事很重要。最后,这都不可能发生,我引用他们的原话来解释:“教授,这是音乐节的一周,我们在圣雷莫的所有员工都在报道音乐活动。对黑洞的恐惧让意大利广播电视台相信,有时候,讲述一些与歌曲不同的东西是值得的。”
2008年9月10日,一个在全世界聚焦下举行的盛大聚会。黑洞没有产生,世界上最复杂的机器也完全按照预期运行。它会在指定的时间投入使用,光束在全世界的笑脸和祝酒词中顺畅地流动,但这种欢欣鼓舞不会持续太久,我们为此付出了高昂的代价。
9月19日,星期五,10天还没过去,一个愚蠢的焊接故障导致了一场灾难,让我们耽搁了一年多。
控制室值班人员在11点18分才意识到发生了严重的事情。例行操作正在进行,27千米长的环线所分成的8个扇区必须在开始运行前全部进行测试。已经建立了一个非常清晰的测试方案,其中包括用在磁体中的循环电流来产生标称磁场,这个磁场必须使加速的质子在轨道上保持7 TeV。事实上,质子并不能维持方案设置的额定能量通过所有扇区。经测试,只有少部分扇区可以让质子按照额定能量通过全场,大部分扇区内质子只能通过半场。各个扇区累积的拖延,最终影响了对扇区3-4的测试,这是通过汝拉山下的那个扇区。由于大型强子对撞机启动日期已经确定,最终决定将测试推迟到启动日期之后。事实上,9月10日进展顺利。但是现在,即使在最后一个扇形的磁铁中,也必须通过循环非常大的电流来完成测试。然后发生了没人能想象到的事情。
在测试序列的最后阶段之一,当磁体中流通8 700A的电流,而原则上电流必须达到10 000A,不可挽回的情况发生了。我仍然记得弗朗西斯科声音中的颤抖。他是众多年轻的意大利工程师之一,他们花费了数月的时间,在隧道里一个接一个地准备所有扇区,事故发生时他在控制室里:“这是一个超现实的场景。数十个警报一直在响,隧道里的摄像头显示大量氦气逸出时产生的浓雾。”
一开始,欧洲核子研究组织的官方声明谈到可能导致延期几个月的不便。几周后,林恩·埃文斯和一群工程师走下隧道,去核实到底发生了什么,呈现在他们面前的场景令人毛骨悚然。
他们所处的位置上有几块磁铁被移走了。爆炸就是这样,像移动树枝一样移走了27t重的物体,压碎了几十根坚固的钢管。10天前,质子在这个极其精致的真空室里循环,现在真空室有几个地方破裂了,并被黏附在墙壁上的致命灰尘污染了数百米。4t的液氦丢失并突然蒸发,侵入了数百米长的隧道。一切都冻住了,液氦与空气中的湿气接触后,一切被覆盖上一层厚厚的冰霜。由于氦侵入了一切,冻结的缺氧隧道在几周内都无法通行。真是一场灾难。
我们对事故分析后得出结论,这一切都是由一个焊接故障引起的,这是12 000个磁铁连接中的一个。某个东西出了问题,使得一个小区域中的电阻高于应有的水平。当9 000A的电流通过时,这个微小的连接处被加热到瞬间转变并熔化,产生电弧火花击穿了液氦容器。其结果是爆炸产生的冲击波损坏了数十个磁铁和加速器的其他小部件。
埃米利奥·毕加索是少数几个对发生的事情不感到惊讶的人之一。由于挖掘工作的困难,当这段路完全被洪水淹没时,他彻夜未眠。有一天晚上吃饭的时候,他向我坦白:“自从第3-4区被洪水淹没以来,我们知道这在未来也会给我们带来很多问题。那里的空气充满了湿气。虽然已经完成了隧道一切绝缘和防水的工作,但是如果你留下一根电缆在地面暴露几个小时,你会发现它就完全氧化了,如果你不彻底清洗,焊缝必然会有缺陷。”
事故的后果很严重。林恩·埃文斯像往常一样,用一种干巴巴而又有效的方式来定义它:“我们被一拳击倒在地。”很快就会清楚,完成维修工作将需要一年多的时间。而且我们也有可能永远无法让它正常工作。在成千上万的磁铁连接缝中,还有多少有缺陷的焊缝隐藏着?这一事件暴露了质量控制方面的弱点,事故可能会再次发生。有必要检查一切,确保整个系统的安全。无法补救的损坏磁铁可以替换,但如果再次发生类似的事故,库存将不再足够,我们将不得不关闭加速器。磁铁生产线已被拆除,重新启动会需要数年时间。
打开所有的连接处和修复每一个焊缝意味着要停止大型强子对撞机至少两年。最终,我们决定承担一个经过计算的风险:为了在2010年重启并继续2011年全年的数据采集工作,损坏的磁铁将被替换,所有预防措施都将到位,以减轻其他潜在事故的影响。让大型强子对撞机按方案设定的能量来运行是不可能的了,风险太大了。我们从7 TeV开始,亮度会比预期低几个数量级。在2012年,我们开始修复连接,也许在几年内,我们能够使加速器达到最大的能量。
这次事故对合作项目的影响是毁灭性的,尤其是在年轻人当中。在他们的眼中,我们可以看到愤怒、失望和沮丧。在2008—2009年冬天的那几个月里,我遇到了很多这样的人,倾听他们的意见,为他们找到解决问题的办法,或者只是让他们发泄情绪。有些人为了写论文、找工作等了很多年的数据;有些人已经定好了结婚日期,希望带着头衔出现在婚礼上;有些年轻人的奖学金很快就会到期,而他们的合同在大型强子对撞机再次运行之前就会终止。在可能的情况下,我们会寻求解决办法来帮助和减小损失,但也有一些情况,大约有10名年轻人不得不离开。
至于我们,很明显,我们必须改变我们所有的科学优先事项。“忘了希格斯粒子,朋友们”,这是对新形势的总结。由于加速器目前能达到的能量是方案设定的一半,能达到的亮度比方案设定低一百倍,所以发现“上帝粒子”是没有希望了。最让我们着急的是,这个障碍会让兆电子伏特加速器项目有可能更早到达我们前面的终点线。在经历多年的未知和努力之后,我们可能会看到我们追求了这么久的梦想从自己的手中滑落。
[21] 米歇尔·德拉·内格拉(Michel Della Negra),生于1942年,是法国实验粒子物理学家,以其在2012年发现希格斯玻色子中的贡献而闻名。