模拟宇宙大爆炸：那百万分之一秒中发生了什么

　　本报综合

　　CFP供图

　　——新闻缘起——

　　北京时间11月9日，科学家借助欧洲大型强子对撞机（LHC）成功完成了创造迷你版“宇宙大爆炸”的实验，产生了一个温度为太阳核心温度100万倍的火球。参与这个项目的科学家热烈庆祝了这个具有里程碑意义的实验。

　　大型强子对撞机创造了一个迷你版本的“宇宙大爆炸”，而宇宙正是诞生于大约140亿年前的大爆炸。“迷你大爆炸”是通过铅离子高速撞击实现的，据称，这将开启粒子物理学研究的新世纪。

　　——专家解读——

　　夸克·胶子等离子体是否真的存在，LHC将给出答案

　　约翰·埃利斯（英国理论物理学家，自1978年起为欧洲核子研究中心工作）：

　　严格意义上说，大型强子对撞机（LHC）不可能完全重现大爆炸，但它确实成功重现了大爆炸发生后极短时间内宇宙小范围的情形。

　　LHC设备的运行进入了一个新阶段。即对潜在的新物质状态进行探索。迄今为止，LHC设备就像是一台超级显微镜，通过实现粒子间的高能对撞，从而探索物质的最基本结构。在接下来的几周内，LHC设备将继续进行铅原子核的高能对撞实验，每次对撞都将包含大量粒子，实验的目的是了解在大量粒子同时发生高能对撞的情况下将会出现什么新现象。

　　理论物理学家们对此进行了预言：他们认为在LHC铅原子核对撞实验中产生的超高密度和压力条件下，将出现一种新的物质态——夸克·胶子等离子体。在这种物质态中，物质的最基本粒子：夸克和胶子，将脱离核子（质子、中子等），这很类似在等离子电视机中电子从原子中脱离开一样。我们观看等离子电视，其实就是看到了这些逃逸的电子构成的电磁等离子体发出的光。类似的，“大型离子撞击试验探测器”（ALICE）和LHC设备将用于“观看”铅核高能对撞时发出的粒子，从而寻找证据，来验证或推翻现存关于夸克·胶子等离子体的理论。

　　这些实验将提供探索基本物理理论的途径，包括一些由弦理论提出的观点。还可能对于宇宙的早期演化研究提供新的线索。宇宙学家们认为，如果夸克·胶子等离子体真的存在，那么极早期宇宙——大爆炸后不超过1微秒（百万分之一秒）中应当充斥着这种物质状态。因此从这一角度看，此次的实验将对这一阶段的宇宙演化提供新的研究线索，从而影响对宇宙后续演化理论的研究。

　　等离子物理学家们的观点是否正确呢？弦理论是否正确呢？宇宙学家们是否正确呢？LHC实验将提供一些答案。

　　——加速器在中国——

　　随着科学技术的发展，人类对物质结构的认识是从一开始看到身边的各种物质逐渐发展到借助放大镜、显微镜、直到后来的粒子加速器、电子对撞机等，逐步深入到细胞、分子、原子和原子核深层次，每深入一步都会带来巨大的社会效益和经济效益。原子核及其核外电子的发现，带动了无线电、半导体、电视、雷达、激光、X光的发展，而近几十年对原子核的研究，则为原子能的利用粒子加速器奠定了理论基础。

　　要想了解物质的微观结构，首先要把它打碎。粒子加速器就是用高速粒子去“打碎”被测物质，让正负电子在运动中相撞，可以使物质的微观结构产生最大程度的变化，进而使我们了解物质的基本性质。

　　上世纪80年代以来，我国陆续建设了四大高能物理研究装置——北京正负电子对撞机、兰州重离子加速器和合肥同步辐射装置。2000年以后，国家和地方政府合作，花费14亿元之巨兴建了大科学装置上海同步辐射光源。

　　北京正负电子对撞机：国际上最先进的双环对撞机之一

　　北京正负电子对撞机是一台可以使正、负两个电子束在同一个环里沿着相反的方向加速，并在指定的地点发生对头碰撞的高能物理实验装置。由于磁场的作用，正负电子进入环后，在电子计算机控制下，沿指定轨道运动，在环内指定区域产生对撞，从而发生高能反应。然后用一台大型粒子探测器，分辨对撞后产生的带电粒子及其衍变产物，把取出的电子信号输入计算机进行处理。

　　它始建于1984年10月7日，1988年10月建成，包括正负电子对撞机、北京谱仪（大型粒子探测器）和北京同步辐射装置。2010年7月22日，北京正负电子对撞机重大改造工程（BEPCII）取得重要进展——加速器与北京谱仪联合调试对撞成功，并观察到了正负电子对撞产生的物理事例。这标志着BEPCII已圆满完成了建设任务

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