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我「潛入」SERN內部了

前陣子去歐洲核子研究中心(CERN)訪問,沒錯就是《石頭門》里那個SERN的原型,也是丹布朗的小說《天使與魔鬼》里提到的那個生產反物質的研究機構。

封面圖就是CERN內的旅館旁邊的一座印度政府送的濕婆跳舞像,傳說濕婆的舞蹈伴隨著宇宙的創生、維持和毀滅,所以也算是契合CERN的研究主題。不過前幾年在這座濕婆像處曾發生過一些迷惑事件引起了很壞的社會影響,就是有一群神秘人半夜身著黑袍圍著這座濕婆像進行「殺人活祭儀式」,然後拍成了視頻在網上廣為流傳引發巨大的輿情。後來調查發現只是一些人的惡作劇,但據說在那之後CERN的門禁逐漸嚴格了起來。

其實CERN出於輿論的風口浪尖也不是第一次了,最早的時候是LHC剛准備運行時,經常有熱心市民給CERN打電話,警告他們說LHC一旦開始粒子對撞實驗,就可能會產生黑洞吞噬整個地球,後果將不堪設想。其實這種也算是空穴來風,如果看過我之前那篇關於《新·奧特曼》的文章的讀者可能有印象,在一些額外維模型中LHC對撞的能量是有可能產生微型黑洞的。但是這並不代表對撞實驗就有很大的風險,因為這些微型黑洞即便被產生出來,它們的壽命也極短,會很快蒸發成光子之類的一些基本粒子。實際上這種產生黑洞並蒸發的信號也是LHC搜尋的實驗目標之一,只可惜至今也沒有探測到。

狹義的CERN位於瑞士的日內瓦的郊外,出門走幾步就能穿過國界線走到法國,他們的行政辦公樓基本都在這一塊。而廣義的CERN則橫跨瑞士和法國,基本上整個大型強子對撞機(LHC)圓環內都算他們的地盤。

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在日內瓦坐有軌電車到 Meyrin, CERN 站就可以到CERN門前了,馬路的兩側都屬於CERN,一側是他們的行政中心、食堂、旅店等主要設施,另一側則是一個球形科普展覽廳(見下圖)以及ATLAS探測器所在的區域。

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如果有工卡或者是有預約這里的科普導游的話,就可以進這片區域去參觀ATLAS實驗的控制室。在控制室外有專門的展覽室是做科普的,然後這里還擺著一個巨大的ATLAS樂高積木模型。

好像還沒有介紹ATLAS探測器是什麼,它是大型強子對撞機(LHC)中的一個探測質子-質子對撞產物的探測器,它從內到外有多層不同的探測器結構,基本上標準模型中除了中微子以外的粒子它都能探測得了,而且可以分辨出大多數粒子的能量、電荷量等基本性質。在LHC圓環上的另一側還有個CMS探測器,基本上和ATLAS研究相同的實驗對象,但它們是各自獨立。如果出現了某些新的物理現象,只有當兩個探測器都得到一致的結果的時候,才會被認為是真實的新發現。比如2012年時,兩個探測器各自獨立的探測到了Higgs玻色子,測量得到的質量也一致,相互作用強度也一致,而且再積累了一年的實驗數據,到了2013年該粒子信號的顯著性繼續提高了,人們才確信這次真的探測到了Higgs玻色子,2013年的諾貝爾獎才放心地頒發給了理論提出者 Higgs 和 Englert。

電車道的另一側可以進入CERN的行政、辦公和生活中心,一般遊客要進入只能從Reception那個門由導游帶入參觀,而且需要預約。如果是在CERN內的工作人員,則可以直接刷卡從旁邊的小門直接進入。進去之後就會發現CERN內的道路都是用物理學家命名的,下面是我隨便拍的幾張,其他你能想到的大物理學家命名的路基本上都能找到。

在濕婆像的旁邊是ATLAS, CMS等實驗的行政辦公樓,實驗的秘書處就在這里。

如果再往CERN的深處走,就可以走到他們的R2食堂附近的計算中心。作為全球資訊網(www)的發源地,計算中心內自然有全球資訊網的伺服器。計算中心也有一些供遊客參觀的展覽,比如門口掛著大大的T.B. Lee當年提出www的論文和技術文檔。另外還有個櫃子陳列過去和現在的對撞機實驗所用到的計算和存儲設備。由於對撞機實驗每秒鍾都會產生驚人的數據量,大多數數據是在探測器側就通過所謂的trigger篩選了一輪,把大多數沒太大用處的數據都扔了,但剩下的數據量依然驚人。現在使用的主要存儲設備是磁帶,沒錯,就是那個一卷一卷的磁帶。磁帶除了可以儲存大的數據量外,它還比硬碟要穩定很多。如果用硬碟的話,以LHC的效率每天要損壞好幾個,而硬碟一旦損壞就代表儲存其中的數據就丟失了,一旦你的數據分析用到了這些數據,將來就無法重現數據處理的結果,那麼就無法說服學術同行。所以LHC的主要存儲設備使用的是更可靠的磁帶,缺點是磁帶的讀取比硬碟麻煩很多。在reception處的紀念品商店還能買到一些十年前使用過的磁帶,運氣好的話你買到的那個磁帶沒准還存著一個Higgs粒子的事例數據哦(CERN也搞氪金扭蛋機?)。不過建議別買太多,聽一個買過的朋友說他之前買了一堆磁帶回去(十連抽?),回國過關安檢的時候海關看到一堆神秘磁帶如臨大敵,好在他本身也是做粒子物理實驗的,所以還能講清楚這都是什麼。你過關前最好也准備好能向對方解釋清楚的講稿。

看過丹布朗的小說《天使與魔鬼》的可能有印象,故事里的反派殺害了CERN的科學家並偷了些反物質出來,為了最後在梵蒂岡放一個大煙花。。。而CERN里還真有個反物質工廠,就在計算中心附近。據說《天使與魔鬼》的小說和電影把描述的過於高科技,實驗室門禁都是什麼視網膜驗證之類的,但實際上當時並沒有把門禁搞得這麼復雜。後來可能是因為《天使與魔鬼》聖地巡禮的遊客多了,CERN為了不要讓他們太失望所以給實驗室增設了視網膜驗證。

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CERN內還有個特色就是很多地方都貼了各種宣傳海報,比如什麼桌球球賽的,支持LGBT的,跆拳道俱樂部的,還有各種學術會議的海報,很多海報設計得要麼很藝術要麼很geek。

CERN到了暑假也有很多不同方向的暑期學校,我去的時候正好在辦一個關於散射振幅的暑期學校,所以就去蹭了幾節課。

我在這里幾乎每個工作日都在他們的R1食堂吃飯,至於味道嘛。。。我們知道LHC的一項科學任務就是研究所謂的heavy flavour physics,吃過這食堂做的飯菜就知道他們這方面研究應該取得了重大突破,每天做的飯菜都非常重口味,難吃程度直逼對撞機的高能程度。。。到最後我不敢吃別的了,只敢吃炸薯條和煎牛扒這種全世界都一個味的食物。要注意的是,我對CERN食堂的負面評價並不是源於東方人和西方人飲食習慣的差異,因為在這里的歐洲人(包括英國人)也覺得這的東西非常難吃。

除了日內瓦這邊,我也去了法國那邊的Prevessin site。LHC的控制室就在這邊,如果有工卡的話可以直接進入這里的二樓會議室,然後透過會議室的玻璃可以看到一樓控制室內的情況(下面的第二張圖)。注意遠處櫃子上陳列著的香檳空瓶,每次LHC開機然後束流對撞成功時他們都會開一瓶慶祝一下(半場開香檳?)。

Prevessin site里還有AMS實驗的大本營。AMS探測器是一個放置在國際空間站上的alpha 磁譜儀,用於探測來自宇宙中的宇宙射線。領導實驗的是華人諾爾獎得主丁肇中,在AMS的控制室里還能看到他的專座。控制室外放置了兩個模型,一個是AMS探測器的,一個則是搭載AMS的國際空間站。

以上就是這次潛入SERN的部分見聞了。比較可惜的是現在不是LHC關機升級的時期,不然還可以到地下去看ATLAS探測器的真容。不過其實最近LHC是處於關機狀態的,因為很不幸的在7月中旬的時候好像發生了一起事故導致液氦泄露,LHC不得不停機排查事故原因(叫你半場開香檳)。最近事故的原因也調查出來了,是非常LHC傳統的事故:一棵大樹倒了,壓倒了為LHC供電的高壓電線導致電壓不穩,然後可能是導致部分設備低溫出了問題導致液氦蒸發(物理)爆炸。之所以說是LHC傳統,是因為就在幾年前,曾有過一隻石貂咬斷了變壓器的電線導致LHC大停電的事故。更早的時候,追溯到LHC剛建成運行的時候,也發生過一次液氮泄漏,當時好像是因為人為焊接沒焊好導致的泄漏和引發的爆炸。這次的事故直接導致機器停擺差不多兩個月,恐怕很難完成今年的質子對撞kpi了。我也只能安慰做實驗的朋友看開點,這是少有的LHC實驗中只考慮「樹圖」就能解決的問題(

來源:機核