在长达三年的小睡之后，世界上最大的粒子对撞机苏醒了，准备帮助物理学家探索科学本身的最前沿，包括可能存在的神秘的第五自然力。

自 2007 年以来， Sam Harper一直是粒子物理学家和大型强子对撞机 CMS(紧凑介子螺线管)实验的合作者。他说，过去三年对撞机的新升级现在有望让科学家们走到发现发现的边缘可以永远改变我们对宇宙最小部分的理解。

“我们对跟进 [以前的] 异常情况感到非常兴奋，”哈珀告诉Inverse。“[但是，]我们也很紧张要让一切都正确。”

什么是大型强子对撞机?

LHC 位于法国和瑞士的边界之间，是世界上最大(近 16 英里长)和最强大的粒子加速器。这个巨大的甜甜圈形对撞机使用超导磁体和质子束以极高的能量(例如 13.6 万亿电子伏特)将已知粒子粉碎在一起。

这个数字听起来可能很大，但如果换算成更多的日常能量单位，如瓦特或焦耳，甚至不足以为 100 瓦的灯泡供电一小时(大型强子对撞机的能量大约相当于 2.18 10^-6 焦耳) ，而一个 100 瓦的灯泡需要 360,000 焦耳才能点亮一小时。)

但是不要以为你被迷惑了——对于像灯泡这样相对较重的物体来说，这可能并没有多少能量，但它可以将非常轻的粒子驱动到略低于光速的速度。

散布在环路周围的探测器然后从这些碰撞中收集数据，以观察粒子分裂成更小的碎片，从而揭示物理学中鲜为人知的领域。这些碎片可以包括夸克之类的东西，甚至是一类称为玻色子的粒子。玻色子是包括光子在内的超轻粒子家族，它们负责在粒子之间产生力，包括强核力和弱核力以及电磁力。就著名的希格斯玻色子而言，它甚至负责赋予粒子质量。

除了把东西砸在一起带来的兴奋和好奇心之外，哈珀说科学家们使用 LHC 来探索粒子物理学最重要理论的有效性：标准模型。自 1970 年代发展以来，该理论描述了科学家观察到的几乎所有亚原子粒子的行为，但最近的发现使这种至高无上的地位受到质疑，包括 2022 年费米实验室数据的发现，该发现表明存在某种玻色子，称为 W 玻色子，可能比标准模型预测的重得多。

哈珀说，随着大型强子对撞机的新升级，科学家们可能最终能够解开这个谜团。如果 LHC 新的运行 3 中的数据观察到标准模型未预测到的行为，这可能是一个迹象，表明存在标准模型尚不知道的力或粒子。

“瞧，新物理学发现了!” 哈珀说。

显示检测 W 玻色子的实验。欧洲核子研究组织

大型强子对撞机为何停止运行?

过去，大型强子对撞机的运行一直是旁观者担心的主题，他们曾经担心对撞机发生灾难性事故会产生危险的黑洞(它不会有)，但怀疑者可以高枕无忧，因为知道对撞机的三个-年休息只不过是定期的升级和维护。

事实上，这不是第一次也不是最后一次发生这种关闭。根据运行时间表，大型强子对撞机计划在 2030 年代再停产两次。哈珀说，这些关闭的主要目的是逐步提升在对撞机内抛射的质子束的能量能力，以提高粒子碰撞在一起的机会。

“物理学家想要更多的碰撞 [and] 更多的碰撞，”哈珀说。“大型强子对撞机及其探测器正在升级，以提供和记录尽可能多的数据，这让 [for] 物理学家更快乐。”

LHC 上周发出了两束测试光束，该团队打算在今年夏天晚些时候开始为 Run 3 认真收集数据。除了沿途短暂的维护中断外，哈珀说 Run 3 将持续到 2025 年底。

LHC 获得了哪些升级?

在 2018 年底开始的最近一次关闭期间，大型强子对撞机获得了两项主要升级：

提高其仪器的能量能力，使研究人员能够创造更多更快的碰撞

更灵敏的数据收集软件，具有更高的捕获率，以增加研究人员可以记录和分析的碰撞次数

总之，这些升级应该会为探测器创造和记录更多的碰撞。根据欧洲核子研究中心的说法，哈珀工作的探测器(CMS)应该期望“在这次物理运行期间观察到比前两次物理运行加起来更多的碰撞”。其他正在进行的实验，包括 ATLAS、ALICE 和 LHCb，可能会看到高达以前数量的 50 倍的碰撞。