歐洲核子研究中心（CERN）最近一次震驚物理界的成果當屬利用大型強子對撞機（LHC）發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子——“上帝粒子”，一種亞原子粒子，其作用是解釋為何其它粒子會擁有質(zhì)量。“上帝粒子”是人類認識宇宙的一面最直接的鏡子：理論上認為它應(yīng)當是構(gòu)成宇宙的最基本組成部件之一，因為如果作為質(zhì)量之源的它確實存在，物理學家就可能因此推測出宇宙大爆炸時的情景以及占宇宙質(zhì)量96%的暗物質(zhì)（包括暗能量）的情況。
距日內(nèi)瓦機場不遠處的瑞士與法國邊境上，矗立著一個棕色大圓球，這里就是歐洲核子研究中心。對普通人來說，這里既神秘又神奇。說它神秘，是因為這里從事的研究，大到浩翰宇宙，小至微觀粒子；遠可追溯到100多億年前的宇宙大爆炸，近到我們今天物質(zhì)世界的構(gòu)成。說它神奇，是因為它匯萃了全球粒子物理領(lǐng)域的頂尖級人才。地下100深處的大型強子對撞機，更是人類想像力與創(chuàng)造力的完美集合。
粒子物理研究的領(lǐng)跑者
1949年，第二次世界大戰(zhàn)剛結(jié)束不久，在瑞士洛桑舉行的一次由聯(lián)合國教科文組織主辦的國際會議上，歐洲原子能委員會宣告成立。1953年，歐洲原子能委員會決定聯(lián)合建立一個研究中心，因為按照當時的國力，沒有一個歐洲國家能單獨建立起研究中心。1954年，歐洲12個國家聯(lián)合在日內(nèi)瓦近郊的瑞法邊境地區(qū)建立起了“歐洲核子研究中心”，以歐洲原子能委員會的法文縮寫CERN命名。
核子中心最初主要是從事原子核領(lǐng)域的研究，后來其功能和任務(wù)發(fā)生很大改變，但名稱未再改動。經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，“歐洲核子研究中心”已成為當今世界粒子物理前沿研究領(lǐng)域的領(lǐng)跑者，擁有質(zhì)子同步回旋加速器、超級質(zhì)子同步回旋加速器及目前世界上最高能量的大強子對撞機等全系列的粒子加速器系統(tǒng)。對人類的基礎(chǔ)科學研究，推動新技術(shù)新發(fā)明及尖端人才培養(yǎng)做出了重要貢獻，是目前唯一擁有聯(lián)合國大會觀察員資格的國際前沿基礎(chǔ)研究組織。
CERN的行政和運營設(shè)備坐落于汝拉山腳下，處于法國和瑞士的邊界，大多數(shù)員工每天要穿梭于邊界數(shù)次，你能經(jīng)?？吹?8號電車，從日內(nèi)瓦而來，終點是CERN的接待處
下了電車后，你會首先看到這個超大的穹頂建筑，它的名字叫“Globe of Science and Innovation”（科學和創(chuàng)新之球），用來舉辦各類展覽。盡管它的表面看起來似乎是銹跡斑斑，但其實是由木材建造的
沃斯博士是一名來自德國的物理學家，在核子中心工作了近40年，目前是核子中心國際關(guān)系部負責對中國及其他非成員國關(guān)系的官員。他介紹說，核子中心現(xiàn)有來自20個成員國的3000多名工作人員，每年還有來自100多個國家的一萬多名合作科學家及訪問學者。這里聚集了全球粒子物理研究領(lǐng)域的高端人才，每年產(chǎn)生1000多篇博士論文。（2014年1月15日，歐核中心正式接納了它的新成員：以色列，其成員總數(shù)變成21個）
另外，核子中心還為全球?qū)W生和教師們提供了廣泛的教育和培訓計劃，其中包括研究生暑期課程，博士生培訓課程，客座科學家研究計劃等。將不同國家和文化的人團結(jié)在一起，實現(xiàn)智力與文化的融合，激發(fā)創(chuàng)造能力，是核子中心的使命之一。
人類具有強烈的好奇心。物理學研究，應(yīng)該說就是受這種好奇心的驅(qū)動。核子中心的任務(wù)之一就是粒子物理研究，這也是人類最前沿一項研究。物理學家們確信，今天的世界形成于137億年前的一次宇宙大爆炸。那么，大爆炸是如何發(fā)生的？早期宇宙是什么樣子？物質(zhì)是如何形成的？如果說大爆炸創(chuàng)造了等量的物質(zhì)和反物質(zhì)，那么，為什么宇宙中的物質(zhì)多于反物質(zhì)？物質(zhì)的構(gòu)成形態(tài)是什么？有沒有“上帝粒子”？核子中心的科學家們就是要對這一系列的疑問做出解答。
走進33號建筑（CERN的接待和游客中心），地板上是一個千變?nèi)f化的“Cosmic Song”（宇宙之歌）地板，由法國設(shè)計師Serge Moro在1986年設(shè)計建造，其顏色的變化代表著宇宙射線粒子對地球的撞擊
CERN寫字樓前的一片草地上是探測器墓地，安放著廢棄的粒子探測器，充滿復(fù)古的現(xiàn)代藝術(shù)氣息
CERN園區(qū)內(nèi)收集了不少20世紀中期的經(jīng)典設(shè)計
科技創(chuàng)新的搖籃
前沿基礎(chǔ)研究的另一項主要功能就是推動新技術(shù)的研發(fā)。我們今天所熟知的3W網(wǎng)、計算機網(wǎng)格技術(shù)、手機觸屏等新技術(shù)，最早都是誕生在核子研究中心。
在這個走廊辦公室中，WWW萬維網(wǎng)的基礎(chǔ)技術(shù)被開發(fā)出來
3W網(wǎng)就是我們平時使用的WWW，是英文World Wide Web的簡稱。說起3W網(wǎng)的誕生，最初還是源于核子中心本身的內(nèi)部需求，或者說是核子中心為工作需要開發(fā)出的一個內(nèi)部信息共享平臺。因為核子中心不是一個孤立的實驗室，而是一個廣泛的社區(qū)，其中包括來自100多個國家的1萬多名科學家。這些科學家們多數(shù)時間是在本國的大學和實驗室工作。所以，核子中心感到有必要建立一個虛擬的交流空間，滿足世界各地科學家之間的自動信息共享。完成這一革命性發(fā)明的，就是核子中心的英國籍科學家蒂姆?伯納斯?李，時間是1989年。核子中心當時所建的網(wǎng)站“Info.cern.ch”因此成為世界上第一個網(wǎng)站和Web服務(wù)器的地址。如今，在歐洲核子研究中心的展覽大廳，陳列著最初的那臺電腦，上面附有一個標簽，用紅墨水手寫著：“這臺機器是服務(wù)器，請不要關(guān)機！”1991年12月，美國的第一個Web服務(wù)器也誕生在加利福尼亞州的一個粒子物理實驗室。
還有一項技術(shù)就是今天廣泛使用的手機觸摸屏，也是核子中心的發(fā)明。當初，這一技術(shù)只是用于加速器的控制系統(tǒng)。后來鼠標發(fā)明之后，這項技術(shù)就被丟棄了。所以，觸摸屏的發(fā)明是在鼠標之前。近幾年，手機開發(fā)商又重新發(fā)現(xiàn)并利用這一技術(shù)，成為現(xiàn)在所用的手機觸摸屏。
沃斯博士介紹說，另一項正在研發(fā)中的新技術(shù)，如果成功將大大造福于人類，這就是使用高能量的質(zhì)子及其他重離子束治療癌癥。目前，癌癥治療方面應(yīng)用的是X射線，價格便宜，技術(shù)難度也不大，弊端是會損害健康細胞。與X射線不同，質(zhì)子及其他重離子束可以準確聚焦對準病變位置，摧毀腫瘤，另外基于其特殊的物理特性，可以根據(jù)腫瘤部位的深度調(diào)整重離子束的能量，在殺傷腫瘤組織的同時不會對前后的健康細胞造成損害。
如此說來，核子中心不僅僅從事前沿基礎(chǔ)研究，更在利用他們所掌握的最新知識，研發(fā)實用技術(shù)，改變著我們的世界及我們每一個人的生活。
地下100米，與大型強子對撞機零距離
跟隨沃斯博士來到ATLAS探測器入口處，從這里，我們將乘電梯下到地下100米深處，傳說中的大型強子對撞機上的最大探測器超環(huán)面儀器ATLAS就是安裝在這里。
這兩部電梯直通地下100米的探測器ATLAS
參觀者通過安全門進入地下工作區(qū)
核子中心的這一大型強子對撞機，是目前世界上最大、能量最高的粒子加速器，于2008年9月開始運行。它包含一個周長27公里的環(huán)形隧道，貫穿瑞士與法國邊境，隧道內(nèi)共建有四個探測器，隨時監(jiān)控記錄數(shù)據(jù)，供科學家們分析使用。其中，ATLAS探測器是最大的一個。ATLAS探測器是國際合作的產(chǎn)物，共有34個國家合作興建，包括中國。
沃斯博士提醒說，懷孕女性、攜帶心臟起搏器的人不能下去，他同時還拿著一個輻射測量儀，看上去有計步器大小，上面顯示的是一排“0”。他說，如果有超量輻射發(fā)生，這個儀器就會記錄下來。
乘坐一分鐘的電梯，我們下到了電梯-1層，即地下90米的平臺區(qū)，在這里正好可以觀看ATLAS探測器。-2層可以到達地下100米的設(shè)備安裝層。
大型強子對撞機上的最大探測器超環(huán)面儀器ATLAS
核子中心的中國籍研究員任忠良博士介紹說，ATLAS探測器長46米，直徑25米，重7000噸，相當于埃菲爾鐵塔的重量。探測器上共有1億個像元，相當于一個巨型照相機，每秒鐘可拍下4000萬張圖片。ATLAS被稱作“物理學大力神”，也是想借用希臘神話中“大力神”的寓意。正是借助它的力量，人類的視野得以擴展，得以看到那些肉眼根本無法看到的微小物質(zhì)單元。
大型粒子對撞機的首要功能，就是要還原137億年前宇宙大爆炸的瞬間，探究物質(zhì)是如何形成的。在27公里的隧道中，兩束質(zhì)子流向相反方向運動，在探測器中心以接近光速的速度發(fā)生碰撞，產(chǎn)生新粒子。任忠良博士介紹說，但由于質(zhì)子只有10的負15次方米，所以碰撞的幾率很小，多數(shù)都是擦身而過。在所記錄的4000萬張圖片中，只有約500張左右發(fā)生了對頭碰撞并被讀出分析。而那些對頭撞上的，就會產(chǎn)生微觀大爆炸，重現(xiàn)宇宙大爆炸后1微微秒瞬間的狀態(tài)?？茖W家就從這些數(shù)據(jù)中研究物質(zhì)的構(gòu)成，包括暗物質(zhì)，暗能量，以及標準模型要尋找的“上帝粒子”——希格斯玻色子。
在到達緊湊型μ子螺旋型磁譜儀（Compact Muon Solenoid，CMS）之前，你會見到很多重型起重設(shè)備，當前它們都在閑置著
通過這一系列錯綜復(fù)雜的管道將冷卻、壓縮空氣等各種各樣的要求傳送到CMS
CMS控制室
員工正在控制室監(jiān)控電力系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、地下空氣系統(tǒng)，瑞士的電網(wǎng)無法提供足夠的電力來滿足CERN的需要，所以他們要同時使用法國和瑞士的能源，此外還擁有自己的緊急供電系統(tǒng)
CERN的官方色彩是橙色和藍色，這些是橙色的頭盔
CMS的微縮內(nèi)部模型
進入CMS前的安全操作指示
眼球掃描儀，這里的安檢措施很繁瑣，但是也非常必要，只有授權(quán)的人才能進入大型強子對撞機（LHC）的隧道
眼球掃描儀是這樣使用的
CMS真身！
它位于100米深的地下，重12500噸，長15米，直徑25米
站在巨大的CMS設(shè)備前，人顯得很小
探測器站之間的環(huán)形隧道，開創(chuàng)了世界上最昂貴項目的先河，不過大型強子對撞機又重新利用了這些隧道，省去了一筆資金。在這條長27公里的隧道內(nèi)，質(zhì)子束被加速到接近光速的速度，而后發(fā)生對撞
隧道里的交通工具，對比之下顯得小巧可愛
設(shè)備上的涂鴉
ALICE（大型離子對撞機實驗）探測器使用更節(jié)能的室溫磁鐵，使用水冷就可以實現(xiàn)充分的冷卻
ALICE的主要數(shù)據(jù)：26米長，高度和寬度均為16米，10000噸的重量
龐雜的電纜
當LHC啟動和運行時，ALICE兩側(cè)的紅色大門要關(guān)閉
期待與中國進行更多合作
全球化，是當今世界的發(fā)展趨勢。“科技也正在變得越來越全球化。”沃斯博士說。
從研究領(lǐng)域來說，核子中心的研究早已不局限于粒子物理領(lǐng)域，而是廣泛涉及信息技術(shù)、機械、電子、超導等實用技術(shù)領(lǐng)域。從其成員來說，核子中心現(xiàn)有20個成員國，以色列今年年底有可能加入，將成為第一個非歐洲國家的成員國。另外，巴西、俄羅斯、土耳其、巴基斯坦、烏克蘭、斯洛文尼亞、塞浦路斯正在申請加入。美國、日本、印度目前都是觀察員國。正式成員國每年須繳納會費，目前德國交納的會費最多，占核子中心年度經(jīng)費的近20%；來自意大利的科學家數(shù)量最多，有1300多名。（小編說：以色列已成為歐核中心成員國之一）
歐洲核子研究中心和中國之間的合作始于上世紀70年代。1973年，來自中國的第一個代表團中國高能物理代表團訪問核子中心；1975年，核子中心首次派團訪問中國。目前，核子中心已同中國十余所大學和科研機構(gòu)建立了合作關(guān)系，中國廣泛參與到大型強子對撞機的物理研究當中。
不過，歐洲核子研究中心總干事霍爾教授認為，與中國的合作潛力還很大。他說：“中國科技發(fā)展水平很高，相對于中國的規(guī)模與潛力，目前的合作還非常有限。我認為，雙方不僅可以在科學研究方面進行合作，還可以在工程技術(shù)領(lǐng)域合作，培養(yǎng)大量頂尖的工程師”。這就要求中國以成員國或者準成員國身份加入歐洲核子中心。他說，國際粒子物理大會今年6月將在上海召開，希望能借此機會促進與中國的合作。
說起中國與核子中心的合作，任忠良博士顯得更為急切。他1988年就到核子中心工作，所見所聞使他深切感受到深化合作的必要性和迫切性。他說：“我們完全應(yīng)該參與進來，這樣的研究中心在世界上是獨一無二的，對我們建設(shè)創(chuàng)新型國家非常有幫助。它從事的是前沿基礎(chǔ)研究，前沿科學研究能夠激發(fā)新技術(shù)的產(chǎn)生，而且有利于培養(yǎng)人才。”
文章節(jié)選自CRI《歐洲核子研究中心：期待與中國進行更多合作》（2013年5月）、驅(qū)動之家《走進神秘的歐洲核子研究中心》（2013年6月），有刪改。 圖片源自CRI、驅(qū)動之家及新華網(wǎng)
