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撞还是不撞，大型强子对撞机是怎样炼成的
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林恩·埃文斯（Lyn Evans）是大型强子对撞机的总设计师。虽然我之前曾听过他用抑扬顿挫的威尔士语作演讲，但是我第一次见到他是在2010年1月初于加利福尼亚召开的一次会议上。那次恰逢其时，因为大型强子对撞机的建造正在紧锣密鼓地运行着。作为一位处事低调的爱尔兰人，他的喜悦却溢于言表。
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埃文斯作了一次精彩的演讲，详述了从开始建造大型强子对撞机以来，如过山车一般的跌宕历程。他从讲述20世纪80年代有这个想法开始，那时欧洲核子研究中心负责了第一个官方研究：调查制造高能质子-质子对撞机的可行性。接下来，他叙述了1984年的会议，大多数人都认为那次会议是这个想法的正式开端。那时的物理学家与洛桑城中的机械制造师们会面，并告诉了他们这个在10TeV能标上对撞两束质子的想法。在最终的实施上，这个数字被降到了7TeV。在几乎10年之后的1993年12月，物理学家们向欧洲核子研究中心委员会提出了一项积极的提案，希望其重大决策委员会通过以下意见：停止除大型正负电子对撞机之外的一切实验程序，在接下来的10年之内全力建造大型强子对撞机。那时，欧洲核子研究中心委员会驳回了这项提案。
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原本，一个反对建造大型强子对撞机的理由是来自超导超级对撞机的激烈竞争。但由于超导超级对撞机计划于1993年取消，大型强子对撞机成为时下唯一的极高能加速器。物理学家越来越坚信这项事业的重要性。除此之外，大型强子对撞机的研究非常成功。在大型强子对撞机的建造阶段才开始领导欧洲核子研究中心的罗伯特·艾马（Robert Aymar），在1993年组织了一个审查小组，以评估大型强子对撞机的可行性、经济性与安全性。
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大型强子对撞机的规划中一个重要的困难是如何工业化生产足够强的磁铁，以把高度加速的质子约束在加速环中。正如我们在第8章中所见，已有的隧道尺寸导致了现在最大的技术挑战，因为它的半径固定，所以磁场必须非常大。在他的讲话中，埃文斯以“瑞士手表一般的准确性”来描述第一个10米长的二极磁铁原型，后者于1994年被工程师与物理学家们成功测试。他们在首次尝试中达到了8.73特斯拉——这达到了预期目标，而且是一个非常有希望的标志。
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即使欧洲基金会比美国基金会更加稳定，无法预料的压力依旧为欧洲核子研究中心的财政引入了不确定性。为欧洲核子研究中心资助最多的德国，由于1990年两次统一，其预算缩减了。因此，德国减少了对欧洲核子研究中心的资助，英国也不愿再大幅增加对欧洲核子研究中心的预算金额。英国物理学家、诺贝尔奖获得者克里斯托弗·卢埃林·史密斯（Christopher Llewellyn Smith）战胜了物理学家卡洛·鲁比亚而接任欧洲核子研究中心主管，并如他的前任一样强烈地支持大型强子对撞机的建造。通过获取资金，瑞士与法国这两个东道主国家从大型强子对撞机在自己国土上的建设与运行中获益最大，而卢埃林·史密斯部分减轻了这个严重的预算问题。
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欧洲核子研究中心委员会对大型强子对撞机的技术与预算决议都很深刻，于是他们在1994年12月16日通过了决议。此外，卢埃林·史密斯与欧洲核子研究中心还确认了非会员国家也可以加入组织并参与到实验中来：日本于1995年加入，印度于1996年加入；1997年，俄罗斯、加拿大与美国陆续加入。
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由于各国的支持，大型强子对撞机可以不顾原始合约上要求分两个阶段进行建设与运营的限制条款。第一个建设阶段仅仅包含2/3的磁铁。不管是从科学角度还是从节约成本的角度考虑，将磁场削弱都是愚蠢的选择。原初的打算是让预算均摊在每年之中。1996年，当德国再次削减了对大型强子对撞机的资助时，预算的情况看起来非常糟糕。1997年，欧洲核子研究中心首次被允许以贷款的方式筹资建设，以弥补资金的缺口。
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在说完预算的历史真相之后，埃文斯话锋一转，开始谈论一些令人高兴的话题。他描述了于1998年12月完成的第一个二极磁铁的试验串，即一次检验结合在一起的磁铁是否可用的测试。这次试验的顺利完成证实了大型强子对撞机的某些主要部件的可行性与协调性，这是它建造过程中一块重要的里程碑。
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2000年，当大型正负电子对撞机寿终正寝的时候，它被拆开以让路于大型强子对撞机的建设。然而，即便大型强子对撞机最终被放在一个已经存在的隧道中，而且相应的设施、基建、工作人员都已经就位，但要完成从大型正负电子对撞机到大型强子对撞机的转变，还需要很多人力、物力。
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大型强子对撞机建造的5个时期包括：
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●挖掘实验所需的洞穴与构筑物的土木工程。
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●一般性服务的设立，以让一切可以开始运作。
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●插入冷冻链以维持加速器的低温。
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●把所有机器的构件拼装在一起，包括二极磁铁、相关的连接点与电缆。
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●硬件的试运行，以保证一切都如预期一样开展。
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欧洲核子研究中心的设计者们制定了一份详尽的时刻表，以协调不同的建造阶段。但“良愿成泡影，不管是人是鼠，结局总会出其不意”[40] ，这句话应验了。预算问题是件麻烦事。我还记得2001年粒子物理学共同体的沮丧与担忧。那时我们正在等待并寻找迅速解决严重预算问题的途径，以确保大型强子对撞机的顺利建造。欧洲核子研究中心需要处理成本超支的问题，但由于其占地面积与基础设施，成本高一些是自然的。
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即便是在这些资金与预算问题都被解决了之后，大型强子对撞机的发展依旧不怎么顺利。埃文斯讲述了一系列没有预料到的事件及其如何不时地拖延了大型强子对撞机的建造进程。
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无疑，不会有人在挖掘紧凑μ子线圈洞穴的时候预见到他们会挖掘到一座14世纪的高卢-罗马庄园。产权的界定线与延续到今日的农场边界线类似。挖掘被暂停以供考古学家们研究那些埋藏的财物，其中包括奥斯蒂亚（Ostia）、里昂与伦敦（那时的庄园里居住着奥斯蒂亚人、里昂人与伦敦人）的一些货币。显然，罗马比现代欧洲更好地应用了共同货币制度——直到现在，欧元还没有代替英镑与瑞士法郎成为交易介质。这给欧洲核子研究中心的英国物理学家带来了不少麻烦，他们甚至没有用以支付打车费用的货币。
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与紧凑μ子线圈的一路艰辛相比，2001年进行的超环面仪器洞穴开掘工作相对而言一路平安无事。挖掘这个洞穴需要挪走总重30万吨的岩石。工程师们需要面对的唯一问题是：一旦这些材料被挪走，洞穴的表面就会有一些微小的上浮，其速率约为每年1毫米。这听起来并不算多，它却会在原则上影响探测器部件的精确测量。所以，工程师们需要设置一些精密测量仪器。它们太过精密，以至于不仅能检测到超环面仪器的运动，还能被2004年的海啸以及苏门答腊岛地震触发，之后还将会有更多的自然运动可以被显示出来。
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在极深的地下建造超环面仪器的过程令人印象非常深刻。屋顶浇铸在洞穴表面上，并被绳索悬吊；下面砌起高墙，直到屋顶得以盖在墙上。2003年，在一场开掘典礼之后，挖掘开始了。值得注意的是，典礼上的阿尔卑斯号角声回响在洞穴中，这被埃文斯描述为“娱乐之源”。实验仪器由下至上一个接一个地被安装，直到最终超环面仪器被这种“送入瓶子的方法”送到挖掘出来的地下洞穴中组合起来。
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另一方面，紧凑μ子线圈的准备过程就像是面对波涛汹涌的海洋。在挖掘过程中，它再一次陷入了困境，因为紧凑μ子线圈的选址不仅不幸地位于一座考古遗迹上，而且那里还有一条地下河流。在多雨的那一年，工程师与物理学家惊奇地发现，插入到地下以传送材料长达70米的圆筒下沉了30厘米。为了处理这次事故，洞穴的挖掘者们用大量的冰围在圆筒周围，以冰冻土地、稳定这片区域。他们还必须安装用以稳定洞穴周围脆弱岩石的支撑结构，包括总长度达到40米的螺钉。不出意料，紧凑μ子线圈的开凿工程比预期长了很多。
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唯一的可取之处在于，紧凑μ子线圈的体积相对较小，实验物理学家与工程师们已经在考虑在地面上对其进行建造、装配。在地面建造、安装这些组件更为简单。由于有更大的空间可以让很多人共同工作，这种做法也会变得更加快捷。地面建造还有另外一些重要好处，即有关洞穴的问题不再会拖延建造工程。
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把如此巨大的装置送到地下是一件令人却步的事情——我在2007年首次访问紧凑μ子线圈时也是如此想的。的确，把实验装置送到地下是一件艰巨的任务。装置中最大的一个部件被某种特殊吊车送到100米深的紧凑μ子线圈井中，其速度为每小时10米，一举一动都小心翼翼。由于在仪器与墙之间只有10厘米的腾挪余地，缓慢的速度与精细的监控系统必不可少。探测器的15个大型部件在2006年11月与2008年1月之间分别被送下井中，最后被送下去的部件是一个黄铜制的计时装置，这个日期很接近大型强子对撞机的开机日期。
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在紧凑μ子线圈的地下河问题之后，大型强子对撞机建造过程中的下一个危机是：机身在2004年卡住了，问题出在被称为QRL的氦供应线上。欧洲核子研究中心的工程师发现，承接这个建造项目的法国公司用“价值5美元的垫片”取代了原本设计应使用的材料。这种替代材料的失效造成了管道内部的热收缩。出故障的部件不止一处，所有连接点都需要检查一遍。
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