A. 大型強子對撞機 現在怎麼沒有消息了出意外了嗎
電腦繪制的對撞機整體結構圖世界上最大和最有威力的粒子加速器----大型強子對撞機(LHC)是歐洲粒子物理研究所(CERN)的加速器復合體的最新補充。大型強子對撞機主要由一個27公里長的超導磁體環和許多促使粒子能沿著特定方向傳播的加速結構組成。
在這個加速器裡面，2束高能粒子流在彼此相撞之前，以接近光速的速度向前傳播。這兩束粒子流分別通過不同光束管，向相反方向傳播，這兩根管子都處於超高真空狀態。一個強磁場促使它們圍繞那個加速環運行，這個強磁場是利用超導電磁石獲得的。這些超導電磁石是利用特殊電纜線製成的，它們在超導狀態下進行操作，有效傳導電流，沒有電阻消耗或能量損失。要達到這種結果，大約需要將磁體冷卻到零下271攝氏度，這個溫度比外太空的溫度還低。由於這個原因，大部分加速器都與一個液態氦分流系統和其他設備相連，這個液態氦分流系統是用來冷卻磁體的。
大型強子對撞機利用數千個種類不同，型號各異的磁體，給該加速器周圍的粒子束指引方向。這些磁體中包括15米長的1232雙極磁體和392四極磁體，1232雙極磁體被用來彎曲粒子束，392四極磁體每個都有5到7米長，它們被用來集中粒子流。在碰撞之前，大型強子對撞機利用另一種類型的磁體「擠壓」粒子，讓它們彼此靠的更近，以增加它們成功相撞的機會。這些粒子非常小，讓它們相撞，就如同讓從相距10公里的兩地發射出來的兩根針相撞一樣。
這個加速器、它的儀器和技術方面的基礎設施的操作器，都安裝在歐洲粒子物理研究所控制中心的同一座建築內。在這里，大型強子對撞機內的粒子流將在加速器環周圍的4個區域相撞，這4個區域與粒子探測器的位置相對應。
[編輯本段]創造之最
世界最大粒子對撞機世界上最大的機器
大型強子對撞機的精確周長是2.6659萬米，內部總共有9300個磁體。不僅大型強子對撞機是世界上最大的粒子加速器，而且僅它的製冷分配系統(cryogenic distribution system)的八分之一，就稱得上是世界上最大的製冷機。製冷分配系統在充滿近60噸液態氦，將所有磁體都冷卻到零下271.3攝氏度(1.9開氏度)前，它將先利用1.008萬噸液態氮將這些磁體的溫度降低到零下193.2攝氏度。
ALICE探測器1.ALICE
宇宙大爆炸示意圖歐洲核子研究中心於2008年9月10日啟動大型強子對撞機(LHC)。這個世界上最大的機器，有望揭開宇宙起源的奧秘在內五大謎團。
過去幾十年來，物理學家不斷在細節上加深對構成宇宙的基本粒子及其交互作用的了解。了解的加深讓粒子物理學的「標准模型」變得更為豐滿，但這個模型中仍存在縫隙，以至於我們無法繪制一幅完整的圖畫。為了幫助科學家揭示粒子物理學上這些關鍵性的未解之謎，需要大量實驗數據支持，大型強子對撞機便擔負起「數據提供者」的角色，這也是非常重要的一個步驟。大型強子對撞機能夠將兩束質子加速到空前的能量狀態而後發生相撞，此時的撞擊可能帶來意想不到的結果，絕對是任何人都無法想像的。
牛頓未完成的工作——什麼是質量？
質量的起源是什麼？為什麼微小粒子擁有質量，而其它一些粒子卻沒有這種「待遇」？對於這些問題，科學家到現在也沒有找到一個確切答案。最有可能的解釋似乎可以在希伯斯玻色子身上找到。希格斯玻色子是「標准模型」這一粒子物理學理論中最後一種尚未被發現的粒子，它的存在是整個「標准模型」的基石。早在1964年，蘇格蘭物理學家彼得·希格斯(Peter Higgs)便首次預言存在這種粒子，但迄今為止，科學家仍未見過它的廬山真面目。
ATLAS和CMS實驗將積極尋找這種難於捉摸的粒子存在跡象。
一個「看不見」的問題——96%的宇宙由什麼構成？
我們在宇宙中看到的一切——從小螞蟻到巨大的星系——都是由普通粒子構成的。這些粒子被統稱為物質，它們構成了4%的宇宙。餘下的部分據信由暗物質——不發光的物質和暗能量構成，它們對於整個宇宙的構成與運行有著極其重要的作用。對它們進行探測和研究的難度不可想像。研究暗物質和暗能量的性質是當今粒子物理學和宇宙學面臨的最大挑戰之一。
ATLAS和CMS實驗將尋找超級對稱的粒子，用於驗證一種與暗物質構成有關的假設。
大自然的偏好——為什麼找不到反物質？
我們生活在一個由物質構成的世界，宇宙萬物——包括我們人類在內都是由物質構成的。反物質就像物質的一個孿生兄弟，但它卻攜帶相反電荷。在宇宙誕生時，「大爆炸」產生了相同數量的物質和反物質。然而，一旦這對孿生兄弟碰面，它們就會「同歸於盡」，並最終轉換成能量。不知何故，少量物質倖存下來，並形成我們現在生活的宇宙，而它的孿生兄弟反物質卻幾乎消失得無影無蹤。為什麼大自然不能一碗水端平，平等對待這對孿生兄弟呢？
LHCb實驗將尋找物質與反物質之間的差異，幫助解釋大自然為何如此偏向。此前的實驗已經觀察到兩者之間的些許不同，但迄今為止的研究發現還不足以解釋宇宙中的物質和暗物質為何在數量上呈現出明顯的不均衡。
「大爆炸」的秘密——物質在宇宙誕生後的第一秒呈什麼狀態？
構成宇宙萬物的物質據信來源於一系列密集而熾熱的基本粒子。現在宇宙中的普通物質由原子構成，原子擁有一個由質子和中子構成的核子，質子和中子都是被稱之為「膠子」的其它粒子束縛誇克形成的。這種束縛非常強大，但在最初的宇宙，由於溫度極高加之能量巨大，膠子很難將誇克結合在一起。也就是說，這種束縛似乎是在「大爆炸」發生後的最初幾微秒內形成的，此時的宇宙擁有一個由誇克和膠子構成的非常熾熱而密集的混合物，也就是所說的「誇克-膠子等離子體」。
ALICE實驗將利用大型強子對撞機模擬大爆炸發生後的原始宇宙形態，分析誇克-膠子等離子體的性質。
隱藏的世界——空間的額外維度真的存在嗎？
根據愛因斯坦廣義相對論，人類生存的三維空間加上時間軸即構成所謂四維空間。後來的理論認為，可能存在擁有隱藏維度的空間。弦理論便暗示額外的空間維度尚未被人類觀察到，它們似乎會在高能條件下顯現出來。基於這種推測，科學家將對所有探測器獲得的數據進行仔細分析，以尋找額外維度存在跡象。
[編輯本段]安全評估
大型強子對撞機(LHC)產生的能量是其他粒子加速器以前都無法達到的，但是自然界中的宇宙光相撞產生了更高的能量。多年來，這種高能粒子相撞產生的能量的安全性問題，一直備受關注。據新實驗數據和對相關理論的新認識顯示，大型強子對撞機安全評估團(LSAG)已經重新校正了該團在2003年做出的一份調查分析。這個安全評估團由中立派科學家組成。
2003年，有關報告稱大型強子對撞機碰撞不存在風險，因此沒理由對安全問題過多關注。現在大型強子對撞機安全評估團對這些結論進行了重新審定和補充。不管大型強子對撞機將要做什麼，自然界在地球和其他天體的一生中，已經這樣做了很多次。歐洲粒子物理研究所科學政策委員會(CERN's Scientific Policy Committee)已經重新審查了大型強子對撞機安全評估團的報告，並對該團的觀點表示贊成。歐洲粒子物理研究所科學政策委員會是由為歐洲粒子物理研究所的主管團體——董事會提建議的院外科學家組成。歐洲粒子物理研究所總結出的主要論據，可支持大型強子對撞機安全評估團的論文觀點。任何對更多細節感興趣的人，都被鼓勵直接商討這個問題和它涉及的技術科學論文。
宇宙射線
跟其他粒子加速器一樣，大型強子對撞機在受控實驗室環境中重新再現了宇宙射線的自然現象，這使科學家能對宇宙射線進行更加詳細的研究。宇宙射線是外層空間產生的粒子，其中一些粒子通過加速，產生的能量遠遠超過了大型強子對撞機產生的能量。在大約70年的實驗中，宇宙射線傳播到地球大氣層的能量及速度都已經被監測到。在過去的數十億年間，地球上的自然界內發生的粒子撞擊次數，已經相當於大約100萬次大型強子對撞機實驗，可是至今地球仍然存在。天文學家在宇宙中觀測到大量體積更大的天體，它們都受到宇宙射線轟擊。宇宙的運行情況，就如同像大型強子對撞機一樣的實驗每秒運行超過數百億次。任何危險結果的可能性與天文學家看到的現實相矛盾，因為至今恆星和星系仍然存在。
微型黑洞
當比我們的太陽更大的特定恆星在生命最後階段發生爆炸時，自然界就會形成黑洞。它們將大量物質濃縮在非常小的空間內。假設在大型強子對撞機內的質子相撞產生粒子的過程中，形成了微小黑洞，每個質子擁有的能量可跟一隻飛行中的蚊子相當。天文學上的黑洞比大型強子對撞機能產生的任何東西的質量更重。據愛因斯坦的相對論描述的重力性質，大型強子對撞機內不可能產生微小黑洞。然而一些純理論預言大型強子對撞機能產生這種粒子產品。所有這些理論都預測大型強子對撞機產生的此類粒子會立刻分解。因此它產生的黑洞將沒時間濃縮物質，產生肉眼可見的結果。
雖然穩定的微小黑洞理論站不住腳，但是研究宇宙射線產生的微小黑洞結果顯示，它們沒有危害。大型強子對撞機內發生的撞擊，與地球等天體和宇宙射線發生碰撞不同，在大型強子對撞機內的碰撞過程中產生的新粒子，一般比宇宙射線產生的粒子的運行速度更加緩慢。穩定的黑洞不是帶電，就是呈中性。不管是宇宙射線產生的粒子，還是大型強子對撞機產生的粒子，如果它們帶電，它們就能與普通物質結合，這個過程在粒子穿越地球時會停止。地球依然存在的事實，排除了宇宙射線或大型強子對撞機可產生帶電且危險的微小黑洞的可能性。如果穩定的微小黑洞不帶電，它們與地球之間的互動將非常微弱。宇宙射線產生的那些黑洞可以在不對地球造成任何危害的情況下穿過它，進入太空，因此由大型強子對撞機產生的那些黑洞也可繼續停留在地球上。然而，宇宙中有比地球更大更密集的天體。宇宙射線與中子星或白矮星等天體相撞產生的黑洞可處於休眠狀態。地球等這種緻密體繼續存在的事實，排除了大型強子對撞機產生任何危險黑洞的可能性。
奇異微子
奇異微子是針對一種假設的微小「奇異物質」產生的術語，奇異物質包含幾乎與奇異誇克數量一樣的粒子。根據理論成分最高的研究顯示，奇異微子在一百萬分之一千秒內，能轉變成普通物質。但是奇異微子能否與普通物質結合，變成奇異物質？2000年相對論重離子對撞機(RHIC)在美國第一次出現時，人們提出了這個問題。當時的一項研究顯示，人們沒有理由關注這個問題，現在相對論重離子對撞機已經運行8年，它一直在尋找奇異微子，但是
至今仍一無所獲。有時大型強子對撞機就像相對論重離子對撞機一樣，需要通過重核子束運轉。大型強子對撞機的光束擁有的能量將比相對論重離子對撞機的光束擁有的能量更多，但是這種情況使奇異微子形成的可能性更小。就像冰不能在熱水中形成一樣，像這種對撞機產生的高溫，很難讓奇異物質結合在一起。另外，誇克在大型強子對撞機中比在相對論重離子對撞機中更加微弱，這使它很難聚集奇異物質。因此在大型強子對撞機內產生奇異微子的可能性，比在相對論重離子對撞機內更小。這個結果已經證實奇異微子不會產生的論點。
真空泡沫
曾有推測認為，現在宇宙沒處在它最穩定的狀態，大型強子對撞機產生的微擾將能讓它進入更加穩定的狀態，這種狀態被稱作真空泡沫，在這種狀態下人類將不復存在。如果大型強子對撞機確實能做到這些，難道宇宙射線碰撞就無法達到這種效果嗎？由於目前在肉眼可見的宇宙中的任何地方都沒產生這種真空泡沫，因此大型強子對撞機將不能產生這種物質。
磁單極子
磁單極子是假設中帶單極性磁荷的粒子，每個只擁有北極或南極。一些純理論指出，如果它們確實存在，磁單極子將導致質子消失。這些理論還表示，這種磁單極子因為太重，根本無法在大型強子對撞機內產生。然而，如果磁單極子的重量足以在大型強子對撞機內出現，宇宙射線撞擊地球大氣層早就該產生這種物質了，如果它們確實存在，地球能非常有效地阻止並捕獲它們，現在人們應該已經發現它們。地球和其他天體繼續存在的事實，排除了能吞噬質子的危險磁單極子的重量足夠輕，可以在大型強子對撞機內產生的可能性。
報告和評估
研究粒子加速器內的高能撞擊的安全性的實驗，已經由歐洲和美國的物理學家實施，這些人沒參與大型強子對撞機實驗。科學界專家已經對他們的分析結果進行了評估，並贊成他們認為加速器內發生的粒子對撞不具有危險性的結論。歐洲粒子物理研究所已經委託一個由粒子物理學家組成的科研組，讓他們監控有關大型強子對撞機碰撞的最新推測結果。這些物理學家也沒參與大型強子對撞機實驗。
模擬宇宙大爆炸
新華網日內瓦9月10日電（記者 楊京德）經過十幾年的建造，歐洲核子研究中心的大型強子對撞機10日正式啟動，將第一束質子束流注入對撞機。
當地時間10日9時38分（北京時間10日15時38分）左右，大型強子對撞機項目主任林恩·埃萬斯發布了啟動命令，第一束質子束流被注入安裝在地下100米深的27公里長環形隧道內的大型強子對撞機開始運行。
大型強子對撞機從上世紀90年代初開始設計，它的啟用將為科學家研究宇宙起源和各種基本粒子特性提供強大武器。
來自80多個國家和地區的約7000名科學家和工程師參與了大型強子對撞機的建設。中國近十所科研院所和高校的科研人員參加了大型強子對撞機上所有4個大實驗的大型探測器的建造。
中新網9月10日電 歐洲核研究組織(CERN)的大型強子對撞器(LargeHadronCollider，LHC)將北京時間9月10日下午15時30分啟動模擬宇宙大爆炸實驗。有人擔心撞擊實驗可能造成災難性後果，頓時，世界末日論傳言四起。
據星島環球網報道，在這個大型強子對撞器內那條27公里長的圓形隧道，超導磁鐵會把質子和離子，加速至接近光速，然後相撞，在極細微空間爆發十萬倍太陽溫度的超級高溫。這一刻就像宇宙大爆炸之後，釋放大量能量和基本粒子，冷卻後形成組成物質的質子和中子。
據悉，史上最大的強子撞擊器LHC，坐落在瑞士和法國邊界山脈深入46米至150米地底，從構想到建成歷時近20年，花了60億瑞士法郎，吸引80個國家5000名科學家參與。
ATLAS(ATLAS是一台巨型數字照相機，能夠拍攝質子間6億次碰撞的照片)發言人彼得·詹尼(Peter Jenni)說：「我們將進入物理學的全新領域。10日是一個非常重要的里程碑。」
ATLAS是安裝在環形隧道上的4個巨大實驗室中的一個，附在環形隧道周圍的探測器將監視撞擊過程。
有人擔心撞擊實驗可能造成災難性後果，或製造出小型黑洞吞噬地球，或產生出理論中的奇異誇克團(strangelet)，令地球異變，末日論四起。
2008年9月11日 全球最大的粒子對撞機開始運行。它將一束質子射入一條27公里長的隧道，從而成功地完成了它的首個重要實驗。科學家希望這個重要的步驟能有助於理解宇宙的構成。
在一系列的測試之後，早上10時36分，兩個白點在電腦屏幕上閃爍起來。這說明質子已經穿行了價值38億美元的大型強子對撞機的全長。
該項目負責人林恩·埃文斯在質子束完成其行程後說：「事情辦妥了。」
遠至芝加哥的各個實驗室紛紛打開香檳酒慶祝。這些科學家通過衛星觀看了有關過程。全世界的物理學家現在有了比以往更強大的力量來粉碎原子中的各種粒子，從而可以對它們如何產生的問題一探究竟。
歐洲核研究組織(CERN)負責人羅伯特·艾馬在瑞士與法國交界處的對撞機控制室中對歡呼的科學家們說：「大家做得好。」
CERN在不到1小時前開始將質子射入隧道。
現在科學家成功測試到該質子束處於順時針的運轉方向。CERN計劃讓它以逆時針方向運行。最終科學家將從相反方向射入兩個質子束，從而創造出大爆炸之後不久的宇宙所具備的各種條件。科學家認為大爆炸創造了宇宙。
啟動該對撞機進行的實驗是歷史上最大的物理實驗。此前該項目遭到了一些懷疑論者的反對。這些人擔心讓質子發生對撞可能最終會危及地球。
懷疑論者說，對撞的一個副產品可能是微觀尺度的黑洞，它們的重力非常強大，可以吸入行星和其他恆星。
CERN首席發言人詹姆斯·吉利斯在今天啟動對撞機之前說：「那是一派胡言。」
在實驗的安全性問題上，CERN得到了包括英國的斯蒂芬·霍金在內的一些著名科學家的支持。這些科學家幫助消除了人們的擔心，並宣稱有關實驗是絕對安全的。
吉利斯說：「今天我們做了一小部分工作。真正好的結果將是讓另一個質子束也運轉起來……」
該項目是由CERN的20個歐洲成員國組織進行的。它已經吸引了來自80多個國家的研究人員。
根據設計，該對撞機可以將質子束加速到接近光速，每秒圍繞隧道運轉1.1萬次。
CERN的系列實驗可能會揭示有關「暗物質」、反物質以及空間與時間的隱蔽維度的更多情況。它也可能會找到一種假想粒子———希格斯玻色子———存在的證據。科學家們認為，希格斯玻色子給所有其他粒子提供了質量，因此在宇宙形成中具有重要意義。
有些科學家為了使用大型強子對撞機等待了20年。
英國《泰晤士報》網站9月9日發表文章，題目是「霍金用50英鎊就世界、宇宙和上帝粒子打賭」，摘要如下。
當世界上最大的原子粉碎機開始進行粒子撞擊的時候，有一種可能性是，它會產生一個微型黑洞。
如果這種微型黑洞出現，地球不會如某些杞人憂天者所說的那樣被摧毀———但它會為斯蒂芬·霍金教授贏得諾貝爾獎。
就在科學家們為明天上午大型強子對撞機(LHC)的啟動做最後准備之際，霍金這位最著名的物理學家說，如果這台對撞機製造出一個黑洞，從而證實了他自己的理論，毫無疑問他會獲得諾貝爾獎。
但這位劍橋大學的數學系教授對這樣的勝利並不抱有希望。他計算得出，LHC對撞機形成黑洞的幾率還不到1%。他說：「我認為，LHC產生足夠的能量以形成黑洞的可能性低於1%。因此我並未屏息期待。」
事實上，LHC讓霍金輸掉他同密歇根大學教授戈迪·凱恩的打賭的可能性要大得多。他們賭的是希格斯玻色子是否存在。霍金不相信真的存在這種所謂的「上帝粒子」———讓物質具有質量的粒子，而凱恩則認為，人們很快就會找到它。2000年霍金用100美元與凱恩打了這個賭。
如果希格斯玻色子確實存在，LHC幾乎肯定能找到它。霍金說：「LH C會讓我們研究粒子相互作用時所需的能量水平再增加1/4。根據目前的理論，這應該足以發現希格斯玻色子，這種讓其他所有粒子具有質量的粒子。我認為如果沒有找到希格斯粒子會更加令人興奮。這將表明有些地方出錯了，我們需要重新思考。我賭了100美元，賭我們找不到希格斯粒子。」
如果希格斯玻色子找到了，那麼該理論的提出者———愛丁堡大學的彼得·希格斯教授和兩位不知名的比利時物理學家弗朗索瓦·恩格勒特和羅伯特·布魯———幾乎肯定會因此而榮獲諾貝爾獎。
霍金關於自己可能獲得諾貝爾獎的說法是根據另一項物理學理論：他在1974年提出黑洞會發出輻射，盡管它們的引力極強。這一想法最初受到廣泛質疑，但「霍金輻射」現在已被普遍接受，盡管像希格斯玻色子一樣，也沒有直接證據表明其真實存在。
LHC對撞機有可能產生迅速衰變的微型黑洞，就像霍金設想的那樣。但人們不確定加速器能否獲得黑洞形成所需的巨大能量。
然而即使黑洞形成了，也不會構成威脅，因為證明它們有生成可能性的數學運算同時還決定了它們會立即衰變。
霍金說：「如果LHC中的粒子對撞製造出了一個微型黑洞———當然這是不太可能出現的，這個黑洞也會消散殆盡，產生獨特的粒子模式。在地球大氣層中，像這樣的或更大能量級別的對撞每天要發生數百萬次，也沒有造成任何惡果。」
據美聯社8日報道，當科學家這周進行歷來最龐大的物理實驗時，他們還將面臨「把大海撈針簡單化」的任務。
在法國和瑞士邊境地區地下27公里長的隧道里，科學家希望能探測到更多維度、看不見的「暗物質」和希格斯玻色子的存在證據。
這項耗資100億美元的實驗成功與否，關系著現有的宇宙理論能否站得住腳。
但當10日的實驗開始後，即使歐洲核研究組織(CERN)計算機能力再大，也無法處理屆時不斷湧入的數據。因此，CERN在日內瓦的這個實驗室設計出一種連接全球十多個大型網格集線中心以進行負荷分流的方法。
這就是大型強子對撞機(LHC)計算網格集線中心。這是一個擁有6萬台計算機的全球性網路，可以對LHC內質子發生撞擊時發生的一切進行分析。
參與LHC計算網格集線中心工作的倫敦帝國學院科學家戴維·科林說：「網格是第三代的互聯網，但和互聯網不一樣的是，你共享的是計算機的能力，而不是文件。」
當4台龐大的探測器比以前任何工具高10倍的准確性開始工作時，將會產生堆積如山的數據。如果科學家要找到他們想要的東西，這種計算機能力是必需的。
CERN負責這一計算網格集線中心工作的伊恩·伯德說：「你可以把這想像成一個有著1.5億像素、每秒鍾可拍攝6億次的巨大數碼相機。」精密的過濾器會篩掉一切無用的數據，只留下最有趣的數據。然而每年仍需分析1 5 PB(1024TB)的數據。這足以填滿200萬張DVD。
數據通過高速線路傳送到歐洲、北美和亞洲11個頂尖研究中心，再從那裡分散到世界各地約150個研究中心的網路。
科林說：「沒有這種基礎設施，LHC實驗是不可能的。這正是粒子物理學家如此重視這一計算網格集線中心的原因。」
9.10第一步結果
當地時間10日10時25分(北京時間16時25分)左右，第一束質子束流貫穿整個大型強子對撞機，現場科研人員一片歡呼。
[編輯本段]改善人類生活
現在，強子對撞機的主要任務就是尋找到物質的質量的形成原理。或許不少人會認為，像高能物理學領域高深的理論研究與我們的日常生活沒關系，花費數億美元有些不值得。
100多年前，愛因斯坦發現了質能方程，那就是質量與能量可以互相轉化。許多人也認為這個方程毫無用處。但是，以這種理論指導而研製出來的原子彈，讓人們見識了高能物理的可怕之處。隨後，核能用於發電，又讓人們認識到質能方程真正改善了我們的生活。
如果能夠揭示物質質量的形成原理，更多的物質奧秘就將揭開，比如，反物質的形成與合成，黑洞的形成與合成都將變得可能。尋找到反物質及其合成方法，將有可能解決我們的能源危機問題，並且成為太空旅行和星際旅行的首選燃料。反物質擁有讓人不敢相信的力量，僅僅一小的反物質其能量可以與幾百萬噸當量核彈相提並論。將來有一天，不但人類可以乘坐反物質推動的飛船遨遊太空，家裡的電器使用的電能也將來自反物質發電廠。
此外，在建造這個大型實驗裝置的過程中，科學家已經獲得了許多科研成果，已經改善了我們的生活。比如，我們今天常用的互聯網最初就是歐洲核子研究中心的科學家為了解決數據傳輸問題而發明的。另外，強子對撞機還將帶來一些意想不到的科研成果，譬如改進癌症治療、摧毀核廢料的方法以及幫助科學家研究氣候變化等。現有的放射療法可能會在殺死癌細胞的同時傷害周圍的健康組織，對撞機產生的高能粒子束能夠將這種傷害降到最低，因為它們能夠穿過健康組織，只對腫瘤發揮作用。一些氣象學家表示，如果發現高能粒子束促成了雲的形成，人們將來可以通過控制宇宙射線來改變氣候。
B. 等微子理論及其應用概要，沈存正
在宇宙空間存在著一種物質粒子，它不是光子，不是電子，不是原子，不是原子核中的質子和中子，也不是粒子物理學標准模型中的60餘種粒子。這個物質粒子就叫做等微子。宇宙空間就是一個等微子的海洋，我們人類以及宇宙當中所有星球星系都在這個等微子的海洋當中。
經作者實驗發現，等微子及其微小，它是宇宙中所有物體的結構性粒子。不論是光子，電子，原子，分子，恆星等等物體都是等微子結構而成。在這個意義上講，只要我們用一種合適的方法將空間的等微子接收起來，讓它結構成電子，並將這些電子聚集起來，成為強大的電荷，將電荷引出，形成迴路，就會變成一種全新 的從宇宙空間接收而來的能源。這個實驗，作者經過30餘年的研究，終於成功了， 並將這種能源命名為零點能源。
零點能源的物理特徵，同人工通過發電裝置所發的電是不一樣的，兩者對比特徵如下：
1、零點能源的電磁波是寬幅橫波，人工裝置發的電只是直流和交流的直線波；
2、零點能源的電磁波不受屏蔽，人工裝置發的電的電磁波是受屏蔽的；
3、零點能源的電磁波和人體經絡生物電的電磁波近似一致，人工裝置發的電的電磁波不具備前述的近似一致；
4、零點能源的電磁波不具有矢量性，人工裝置發的電的電磁波具有矢量性。
另外，發現零點能源在高壓環境中會產生常溫下的核聚變。
因此，作者經過多年的實驗之後，發明了「等微子頤養艙」。等微子頤養艙的空間約2立方米多，這個空間就是一個在常溫下產生微核聚變的高能物理能量空間，也可以認為是高能物理的空間。在這個空間可以治療人體大多數疾病，還可疏通經絡，3到4天每天只需一小時，就可基本打通大周天和小周天。乎銀如果將泉水放在這個空間4小時左右，發現水中有15種微量元素都發生了改變，有的增加，有的減少，甚至還出現了新製造出來的元素，這種現象只有在上百萬度、上千萬度的高溫高壓下的核聚變才能產生，而現在，在常溫下的這個空間產生了，這是一項重大的發現。
作者在研究零點能源的過程中，發現零點能源中富含負熵。
19世紀初期，埃爾溫·薛定諤在他的著作《生命是什麼》一書中指出：「一個生命有機體的熵是不可逆地增加的——你或者可以說是增加正熵——並趨於接近最大熵值的危險狀態，那就是死亡了。要擺脫死亡，就是說要活著，唯一的辦法就是從環境中不斷吸收負熵，有機體是依賴負熵為生的」。因為負熵可以看作是系統有序的量度。
可以這樣理解，宇宙中的所有物體，都是熵的堆積，其內部的微細結構是無序的。現在發現，給這些無序結構的物體輸入負熵，使其有序化，就會改變這些物體材料的物理性質。
負熵在農作物的育種以及負熵農業方面都將具有重大的研究意義。
將普通的水放在等微子頤養艙中，通過微核聚變的高能物理能量的團粗作用之後，將水分子全部打碎（全過程只要4小時），然後，在這樣的水中輸入負熵4小時左右，水就成了負熵水。
負熵水有非常奇特的功能，這種水在地球上還是第一次發現，它能夠消炎、止痛、止癢、美容、培育負熵植物等等可以研究應用的領域。
作者還發現，信息粒子會產生一種強大的力場，這種力場還會產生信息力場糾纏。據此，作者又發明了負熵金字塔。
負熵金字塔內周邊裝置了強大的負熵發射雷達，並在負熵金字塔中央構建了負熵水晶發射塔，這樣，整個金字塔中處於負熵狀態。在這樣的負熵環境中可以建立與人類生命體相關的信息力場糾纏，其方法是這樣：在一個高50mm，直徑70mm的人工水晶杯中通過高能物理的方法，在這個水晶杯中建立高於自然環境10000倍以上的信息源，這個信息源中將人體的一滴血或者一根頭發植入其中，這個信息源就和人體產生信息糾纏，信息糾纏的作用在於強大的信息力場將人體整個罩了起來，類似於佛教故事裡所講的金鍾罩。這樣，人的免疫能力就會提高，細菌、病毒就難以入侵，人類就會長治久安，在地球上永遠生存下去。這是人類可持續的 健康 生存、 健康 發展的基本法則。
至此，我們可以歲或宴推進一項計劃，建設負熵金字塔庄園，在這個庄園中可以設立以下5個館：
1、信息力場館；
2、癌症康養館；
3、中醫館；
4、長壽館（負熵逆生）；
5、負熵農業館。
負熵金字塔庄園設計效果圖：
鏈接: 沈存正生於1940年，多年來從事理論醫學的研究。他創作的能量醫學的論文《mof4的假說與能量醫學》，將現代物理學與醫學緊密聯系起來，在醫學上成為重要的應用研究課題。1990年沈存正在蘭州大學生物系通過協作建立了由王勤教授擔任學科帶頭人的專門實驗室，自己設計建造等微子倉，出巨資進行了長達七八年的動物實驗和臨床試驗。實驗成果證明，人類疾病從癌症、一般炎症（抗生）、心血管病、降血脂、風濕病、內環境適調、提高免疫力、抗衰老等、都可以通過生物能量干涉的方法加以治療。
沈存還指出在基因信號工程方面，人們會有意料不到的成果出現。對糖尿病就可以用正基因工程改變引起糖尿病的基因而攻克糖尿病；對乙肝可以用反基因工程破壞乙肝病毒的基因鏈，使乙肝迅速得到徹底治療。這一設想，在沈存正與王根喜合作的《三聯數字與宇宙大統一·三聯數字在生物、量子物理、化學領域的應用》一書中，建立了可以應用於基因信號工程的數字模型。
更為突出的是，沈存正根據「生物能量干涉系統」的實驗成果，發明了糖尿病治療儀，為糖尿病的治療開辟了嶄新的道路。目前，這種儀器在應用方面，已經開發了四種：第一種型號為810型，可普及於廣大糖尿病患者應用；第二種810A型，為較高檔次，數字化調控，可依照患者個體差異調節治療劑量；第三種820型為大型，可供醫院治療糖尿病，這一型號名為「雙向同步糖尿病治療儀」，可同時治療8位病人，治療因素中，增加了生物電反饋和等微子減速裝置，因而治療效果較前兩種型號特別快捷；第四種型號為820A型，是將820型八路輸出改為一路輸了而成，這種型號的儀器可以和家庭電腦連接，在電腦的調控下工作，治療圖譜和數據直觀，其療效更為理想。
C. 軸子是什麼帶你了解尋找軸子的有趣實驗
一、軸子的來歷
自然界中存在著許許多多的物質，它們都是由各種原子分子等組成的；而原子則是由更基本的粒子，例如質子、中子、電子等組成的。除此之外，像是太陽產生的光，磁鐵產生的磁場等，這些沒有實體的場，也是構成宇宙的物質。那麼，宇宙里究竟有多少種組成物質的基本單元呢？像是之前所說的， 原子可以分為更小的質子、中子、電子，那麼這些粒子又可以再細分嗎？
這些問題已經在幾十年前被物理學家們認真研究過了，他們提出一套名叫標准模型的理論，預言了所有可能出現的基本粒子，共計61種。這個模型囊括除了引力以外的另外三種基本作用力，並且其預言的粒子接連被實驗所證實，尤其是13年希格斯玻色子的發現，標志著標准模型取得了空前的成功，這也是目前最接近萬有理論的普適模型。即便如此，標准模型也有無法解答的現象，例如 中 微子振盪，暗物質來源 ，以及正反物質不平衡等等問題。其中，後兩個問題都跟本文要介紹的軸子相關。
驗證標准模型的強子對撞實驗數據圖
基本粒子
暗物質有很多候選的粒子，它們都沒有被包含在標准模型當中，因此一旦有所發現，將是物理學的又一個里程碑。在候選的新粒子之中，最熱門的是大質量弱相互作用粒子（WIMP），還有另外一種比較可能的就是 軸子（axion） 。
宇宙中一小塊區域暗物質的分布圖
軸子一開始並不是為了解決暗物質的問題而提出來的，這個想法起初來源於理論物理學家羅伯托·佩切伊（Roberto Peccei）和海倫·奎恩（Helen Quinn）為了解決量子色動力學中的強CP問題而提出的 Peccei–Quinn 理論 [1] 。他們引入了一種新的動態標量場來表徵違背電荷-宇稱對稱性的作用的大小，這個場可以天然地給出極小的參數值，保證了對稱性的守恆，也就解決了強CP問題。之後，諾貝爾物理學獎得主弗蘭克·威爾澤克（Frank Wilczek）和史蒂芬·溫伯格（Steven Weinberg）指出這樣會引入一種新的粒子，被威爾澤克命名為「axion」軸子。
電荷C，宇稱P，及其聯合對稱性CP的示意圖
軸子的引入本質上就是希望它很弱，從而表徵出極弱的CP破缺，這樣的要求導致這種粒子理論上幾乎不與其他粒子發生相互作用，而且質量很小，大約是電子質量的 10 -11 ~10 -9 量級，因此在之前的實驗中沒有條件被觀測到。然而，這反倒讓軸子成為了暗物質的理想候選，因為這些特性也恰好是暗物質所需要的。
二、粒子物理中尋找軸子的有趣實驗
軸子的耦合作用雖然很弱，但是一旦有軸子參與，普通的電磁相互作用就變得有趣起來。 本來靜態電場和靜態磁場並沒有聯系，但是軸子會把電場、磁場都旋轉一個角度，然後相互混合起來，而軸子場本身則表徵了電場、磁場耦合的大小 。這樣一來，靜磁場就可以生成電荷，而靜電場則可以產生額外的電流進而生成磁場。不僅如此， 軸子和光子在強電磁環境下還會發生相互作用 ，相互轉化，發生一系列有趣的現象。
扭曲的電磁場示意圖
下面就介紹第一個實驗—— 閃光穿牆（LSW） 。
閃光穿牆實驗的簡易裝置圖
閃光穿牆（LSW）實驗理論上十分簡單，因為光子和軸子在強磁場下可以相互轉化，所以當激光通過強磁場後，有一定幾率轉變為軸子，而軸子基本不與普通物質發生相互作用，就可以毫無障礙地穿透牆壁，在經過牆後的強磁場後，軸子又轉變回光子被探測器捕捉到。雖然理論上如此簡單，但是考慮到軸子和光子的轉化率極其低下，這個實驗實現起來還是相當困難的。一方面需要大功率的激光器和產生極強磁場的大磁體，另一方面還需要特別靈敏的探測器，這種種條件讓實驗器材變得十分龐大。在德國電子加速器（DESY）研究中心的ALPS裝置就是為了尋找這種具有很弱相互作用粒子而建設的。跟上面的示意圖比較起來，這可就是龐然大物了。
ALPS大型實驗裝置（一期）
一期實驗裝置從2007年到2010年給出了一些實驗結果，標示出軸子等粒子的存在邊界，為了更進一步開展LSW實驗，從2013年開始至今，科學家們設計建造了ALPS II 二期裝置，各項參數都大大優於一期裝置，在該裝置上有望探測到軸子這類粒子的存在痕跡，為閃光穿牆這個構想提供更加有力的實驗支持。
ALPS II大型實驗裝置（二期）
第二個實驗是—— 軸子望日鏡 。
望日鏡是17世紀的物理學家，天文學家們為了觀測太陽，以及研究太陽黑子所改造使用的一種望遠鏡。最早的發明者，使用者包括耶穌會牧師克里斯多夫·沙伊納（Christopher Scheiner），他在其一本著作中詳細繪制了裝置的結構；還有我們所熟知的天文學家伽利略也改造了其數學家友人貝內德托·卡斯泰利使用的裝置，做出了相似結構的望日鏡。望日鏡的原理是將望遠鏡安置在暗室當中，僅僅在鏡頭進光處開孔對准太陽，然後將成的像投影到白紙上。藉由這種方法沙伊納和伽利略都清楚地看到了太陽黑子並進行了研究，體現瞭望日鏡的優越性。
克里斯多夫·沙伊納著作中的望日鏡
到了現代，同樣是為了尋找太陽中「黑色」的不為人知部分——軸子，人們設計製造了現代化的望日鏡。那麼測量軸子的望日鏡是什麼樣的呢？
就像之前實驗一所說的，光子會在強磁場下轉化為軸子，因此我們需要大功率的激光器和強磁場裝置來產生軸子。而對於太陽來說，其內部的強電磁環境就是天然的軸子發生器，具體來說，在太陽核心位置通過 普里 馬科夫效應 （Primakoff effect）產生了足量的軸子束流。因此，在地球上我們只需要用強磁場再將其轉化為光子就能測量到軸子的信號了。
太陽軸子探測的方式
目前最靈敏的軸子望日鏡是歐洲核子研究中心（CERN）的CAST裝置。該裝置每天在日出和日落的時候分別進行1.5小時的測量，其餘的21小時將對准太陽以外的區域以測量背景信號。迄今為止，CAST並未發現太陽軸子存在的關鍵性證據，不過已經將范圍縮小了許多。為了進行更精密的測量，在CAST基礎上一個新的企劃正在准備當中，它的名字是IAXO，即國際軸子天文台。
歐洲核子研究中心的CAST裝置
IAXO裝置示意圖
除了這些以外，還有很多尋找軸子的實驗，原理不盡相同，實驗裝置也各有差異，例如利用 軸子暈望遠鏡 （axion haloscope）的ADMX實驗，利用自旋進動的CASPEr實驗，MIT的ABRACADABRA實驗，我國四川錦屏山的PANDAX、CDEX實驗等。
ADMX實驗的軸子暈望遠鏡示意圖
當然，如之前所說的，軸子不光與暗物質有聯系，還與宇宙正反物質不平衡這一問題相關。在2020年一篇最新的物理評論快報（PRL） [2] 上，一篇名為軸子起源說（Axiogenesis）文章指出在宇宙大爆炸之初，是軸子場的轉動導致了正反物質不平衡，使得演化至今的宇宙中，物質遠遠多於反物質，因此萬物起源於軸子場。
勢函數像墨西哥帽的形狀，小球的運動代表了軸子場的演化，其最終停留的位置決定了宇宙的現狀。
正如上圖所刻畫的情形一樣，決定軸子場的狀態的函數不僅像是墨西哥帽一樣，其邊緣還是彎彎曲曲的形狀，這就導致軸子場在演化過程中不僅會發生自發對稱性破缺，還會以一個特定的旋轉方向靠近終態，因此在這個過程中，軸子會傳遞多餘的能量產生新的粒子。更神奇的是由於旋轉方向是固定的，因此朝一個方向轉動就會導致粒子的公式出現正號（即正物質），而不是另一個方向的負號（即反物質）， 那麼這個過程就給出了正反物質的不平衡 。如果這個假設是正確的話，將會有一個與希格斯玻色子相關的重粒子存在，並且可能被升級版的LHC（大型強子對撞機）探測到。那麼再回到軸子的話題上來，這篇文章的英文是Axiogenesis，不僅代表了軸子起源說的含義，其中genesis還有創世紀的一層含義存在，如果真如文章所述，那麼現在的宇宙萬物就確實是軸子場在大爆炸過程中所達成的創世紀，我們自身的存在就變成了軸子存在最有力的證據，這不就是尋找軸子最有趣，最出乎意料的實驗嗎？
軸子起源說
三、凝聚態物理中尋找軸子的有趣實驗
軸子在參與電磁相互作用之後，實際上是對傳統麥克斯韋方程組進行了修改，從而導致了一系列新的磁電效應的產生。而在凝聚態物理中，拓撲的引入可以等效的產生同樣的效應，從而導致與軸子相同的效果。 這種等效替代實際上就是在材料的動量空間，材料的一個個原子堆砌成的小小宇宙中，找到了軸子的存在。
拓撲磁電效應
這種情況在凝聚態物理裡面已經司空見慣了，物理學家們已經把狄拉克（Dirac）費米子，外爾（Weyl）費米子，馬約拉納（Majorana）費米子，斯格明子（skyrmion）等等粒子概念先後引入了凝聚態體系當中，這其中包括在粒子物理里還未發現的許多粒子。因此，凝聚態物理給這些新粒子的研究提供了另一種舞台，這其中就包括軸子。
外爾半金屬態和軸子絕緣體態
軸子在凝聚態物理中表現為一種軸子絕緣體，相關材料內部的電子不表現出宏觀導電性。 自然雜志上的一篇文章 [3] 就介紹了外爾半金屬 (TaSe 4 ) 2 I 中電荷密度波表現出軸子的性質。另外，軸子與量子反常霍爾效應是密切相關的，軸子絕緣體和量子反常霍爾絕緣體之間是可以相互轉化的。只要施加磁場，改變材料中的自旋極化，系統的拓撲狀態就會相應發生改變，從而導致這兩種具有不同拓撲性質的絕緣態之間相互轉化。
量子反常霍爾絕緣體和軸子絕緣體，以及它們通過磁場相互轉變的過程
在實驗中，摻雜磁性雜質的拓撲絕緣體的復合結構中也發現了軸子絕緣體的存在。最近清華大學王亞愚老師的研究組在磁性拓撲絕緣體材料 MnBi 2 Te 4 中發現了很強的軸子絕緣體態 [4] ，把凝聚態物理中的軸子現象的研究又往前推進了一步。
四、結語
軸子這個概念從1977年到現在已經發展了快半個世紀了，不管是高能物理中對真實軸子的探尋，還是凝聚態物理中對等效的軸子絕緣態的尋找，科學家們都提出了諸多腦洞大開預想，並且也開展了許多妙趣橫生的實驗。相信大家已經充分了解軸子這個神奇的概念了，如果有一天軸子被發現的話，那就證明科學真的具有無限的可能性， 而我們總能在其中發現有趣的物理，從而得到無窮的快樂。
參考文獻
作者：Cioran
審稿：劉廣同
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D. 中微子壽命
當前對中微子磁矩的實驗靈敏度比標准模型預測高出多個數量級。 因此，下一代實驗的潛在測量將強烈要求標准模型之外的新物理學。 但是，大的中微子磁矩通常會引起對中微子質量的大的修正，並導致微調。 我們證明在中微子質量與中微子磁矩成比例的模型中。 我們重新審視，討論並提出了仍可為大中微子磁矩的潛在測量提供理論上一致解釋的機制。 我們發現只有兩種可行的機制可以僅對馬約拉納中微子實現大的過渡磁矩。
INO-ICAL探測器對大氣中微子對中微子衰減的敏感性
探索了擬議中的印度中微子觀測所（INO）處的磁化鐵量熱計（ICAL）探測器對使用大氣中微子的質量本徵態ν3的不可見衰減的敏感性。 包含地球物質效應的完整的三代分析是在一個同時具有衰減和振盪的框架中執行的。 事實證明，大氣中微子提供的寬能量范圍和基線對於限制ν3壽命是極好的。 我們發現，在500 kton-yr的暴露量下，ICAL大氣實驗可以將90％C.L下的ν3壽命限制為τ3/ m3> 1.51×10-10 s / eV。 這比MINOS的范圍要緊2個數量級。 隱形衰減對θ23和|Δm322|精度測量的影響 也被研究。
TXS 0506 + 056的多信使觀測結果顯示違反中微子洛倫茲的限制
可以使用IceCube協作從blazar TXS 0506 + 056方向觀察高能（E200TeV）中微子，以及通過MAGIC和其他實驗同時觀察到來自同一物體的增強γ射線 在中微子能量呈線性的中微子傳播中對洛倫茲違規設置嚴格的約束條件：Δv= -E / M1，其中Δv是與光速的偏差，而M1是未知的高能尺度，受其限制 實驗。 考慮到中微子和光子傳播時間的差異約為10天，我們發現M13×1016 GeV。 這將中微子傳播中線性洛倫茲違反的先前限制提高了多個數量級，二次洛倫茲違反也是如此。
反應堆反中微子測定中微子質量等級的實驗條件
本文報告了使用核反應堆中產生的電子反中微子（νe）確定中微子質量等級的優化實驗要求。 中微子質量層次的特徵可以從|Δm312|中提取。和|Δm322| 通過將傅立葉正弦和餘弦變換應用於L / E頻譜產生振盪。 為了確定中微子質量等級高於90％的概率，在sin22θ13= 0.1的條件下研究了能量解析度作為基線的函數的要求。 如果中微子探測器的能量解析度小於0.04 /Eν，並且從貝葉斯定理獲得的確定概率大於90％，則探測器必須位於距反應堆48-53 km處以測量能譜的 這些結果將有助於建立確定中微子質量等級的實驗，這是中微子物理學中的重要問題。
論文研究 - 激光輔助產生和檢測非核低能中微子-抗中微子束
有人認為，能量，動量和自旋以及QM躍遷概率的守恆允許在原子內（非核）激光躍遷中生成和檢測低能（eV）中微子和反中微子。 激光介質中上下激發態之間的兩個量子躍遷可以支持中微子和反沖反向傳播的反中微子的成對發射，每個中微子都承載著激光躍遷能量的一半。 它們沿著與腔內激光束在激光介質中相同的軸沿相反的方向傳播。 估計表明，與一個量子激發的激光光子發射相比，該兩個量子事件的概率約為10-7。 分子/原子物質不可能吸收或釋放單個抗中微子或中微子，因為它們攜帶自旋s =±h / 2，這違反了此類過程所需的Δs=±nh（n =整數）。 但是，在激光器內部，中微子或反中微子通過時，可以激發激發態發出的光子