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1700951993 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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1700951995 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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1700951997 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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1700951999 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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1700952001 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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1700952003 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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1700952005 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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1700952007 这时,低温线已经被部分地安装好了,很多其他部分也已经就位。为了避免堵塞供给线,造成更长延迟,欧洲核子研究中心的工程师们决定修理已经生产出来的部分,同时让工厂在将剩余部件发货之前修正错误。欧洲核子研究中心工厂的运作以及移动、重新安装机器的大型部件让大型强子对撞机延迟了整整一年开机——至少,这比埃文斯等人所担心的10年延期要好得多。
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1700952009 如果没有这些管道和低温系统,就不可能成功安装磁铁。所以,1000个磁铁被暂存在欧洲核子研究中心的停车场上。即便是在高档宝马车与奔驰车的辉映下,价值10亿美元的磁铁仍旧超过了停车场上所有车辆价值的总和。虽然没有人会偷窃这些磁铁,但是停车场并不适合储藏技术产品,所以把磁铁重新放置到特定位置而带来的拖延又是不可避免的了。
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1700952011 2005年,另一个危机出现了。这次危机与建造美国费米实验室以及日本实验室的三元组磁铁(inner triplet)有关。三元组磁铁在质子束对撞之前对它们进行了最后一次调焦。它包含三个四极磁铁,配有低温与电力设备。三元组磁铁没能通过压力测试。即便这次失败令人难堪,并造成了恼人的拖延,但是工程师们可以在隧道中修好它,所以最终它并没有带来过多的时间成本。
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1700952013 总而言之,2005年比之前的情况都要好。虽然没有号角声相伴,紧凑μ子线圈开掘典礼于当年2月开幕。另一个里程碑事件也在2月发生——第一个低温二极磁铁被送到了地面之下。磁铁的建造对大型强子对撞机这项事业来说至关重要,欧洲核子研究中心与商业化工业界之间的这次紧密合作促成了磁铁及时而节约的生产过程。磁铁虽然由大型强子对撞机设计,但却由法国、德国与意大利的公司生产。原本,欧洲核子研究中心的工程师、物理学家与技师们于2000年下单购买了30个二极磁铁,以小心检测它们的质量与控制支出。之后,他们于2002年下了最终的订单——购买1000多个磁铁。虽然如此,欧洲核子研究中心依旧保留生产主要组件与原材料的职责,以确保质量具有最优性、统一性,并使支出最小化。为了达到这个目的,欧洲核子研究中心把12万吨材料挪到了欧洲,4年间,平均每日租用10辆大卡车——而这只是为建造大型强子对撞机而付出努力的一隅。
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1700952015 在运输之后,所有的磁铁都被测试了,并小心地沿着垂直方向被投放到坐落在侏罗山附近——那里可以鸟瞰欧洲核子研究中心。从那里开始,一种特殊的运输工具把它们沿着隧道运输到目的地。因为这些磁铁极为巨大,且隧道的墙与大型强子对撞机部件之间只有几厘米的转动余地,所以这种工具靠某种画在地板上的光学检测线自动导航。它以约每小时1.6公里的速度前行,以尽量减小振动。这意味着,需要长达7个小时的时间才能把一个二极磁铁送到加速环的另一端。
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1700952017 2006年,在建造5年之后,共有1232个二极磁铁被成功运输。2007年发生了两件大事:
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1700952019 ●最后一块低温二极磁铁被成功运输。
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1700952021 ●全长3.3公里的部件首次被成功冷却到了设计温度零下271℃,整个系统得以首次运行。
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1700952023 在隧道的这一部分里,数千安培的电流在超导磁铁中环行。像往常一样,欧洲核子研究中心的人们开了香槟庆祝这个时刻。
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1700952025 一个低温部件于2007年11月关闭,一开始,一切似乎都在正常运行——直到出现另一次灾祸。这次,问题出在所谓的“插入模块”(plug-in module),也就是PIMs上。在美国,我们并不需要关心一切有关大型强子对撞机的新闻报道。然而这个新闻却传播甚广。欧洲核子研究中心的一位同事告诉我,不仅是这个部件出了问题,同样的问题可能在加速环中无处不在。
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1700952027 室温状态下运行的大型强子对撞机与冷却状态下运行的大型强子对撞机之间存在接近300℃的温差,这个温差对建筑材料产生了巨大的影响——问题就出在这里。金属零件热胀冷缩,二极磁铁本身在冷却阶段会收缩几厘米。于一个15米的庞然大物而言,这听上去并不算多。然而线圈必须在0.1毫米的精度上被准确放置,以维持运行所需的强大的匀强磁场,进而正确引导质子束。
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1700952029 为了适应这种变化,二极磁铁被设计具有特殊的指针,在冷却时伸直以保证电学器件不分开,并在回温过程中缩回。但由于错误的铆接点,这些指针并非缩回,而是失效了。更糟的是,每一个相互连接的点都会受到这种错误的影响,我们无法得知究竟是哪处出了问题。最大的挑战在于辨认、修好每一个错误的铆接点,而且不花费太多时间。
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1700952031 不得不称赞工程师们的足智多谋:他们找到了一种简单方法,利用已有的、原本沿着粒子束每53米就安装一个的电子拾波器,这样电子器件就可以随着粒子束的经过而触发。他们在一个乒乓球模样的物体中安装了一个振子,这个球可以沿着质子束的路径在隧道中运行。每一个部分长3公里,这个球可以快速经过,以在每次通过拾波器时检测电子器件。如果电子器件没有反应,球就会击打那些指针,工程师们就可以修正问题,而不用打开沿着粒子束所经路线的每一个单独的连接部件。一位物理学家戏言:“大型强子对撞机中的第一次对撞不是质子之间的对撞,而是乒乓球与失效指针之间的碰撞。”
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1700952033 在最后一个问题得以解决之后,大型强子对撞机看上去步入了正轨。当所有硬件就位之时,大型强子对撞机就可以开始运行了。2008年,当大型强子对撞机的首次试运行终于到来之时,很多人都在为它祈祷。
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1700952035 2008年9月:第一次试开机
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1700952037 大型强子对撞机形成质子束,并且在一系列提高能标的过程之后,把它们送入最终的环形加速器中。接下来,质子束在隧道中回旋,并得以回到它们精确的初始位置。这让质子可以在回旋加速多次之后,再定期被转向,以高效地参与对撞。其中的每一步都需要被依次检查。
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1700952039 第一个重要步骤是:核实质子束是否正确地在加速环中环行——它们当然会。令人惊奇的是,在经历了长时间的磨难之后,2008年9月,欧洲核子研究中心在没出什么故障的情况下就发动了两个质子束,这个结果超出了大家的预期。那一天,两束质子首次成功地以相反方向穿过了大型隧道。这一步涉及以下工作:试运行注入设备、启动控制设备与仪器、检验磁场是否成功把质子约束在了加速环中,以及确认所有磁铁按照期望整齐划一地运行。这一系列事件于当年9月9日晚上首次完成。当次日的测试进行时,一切都在计划之中,甚至比计划还要好。
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1700952041 每一个参与大型强子对撞机的工作人员都称2008年9月10日为他们“永世铭记的日子”。当我于一个月之后访问欧洲核子研究中心时,听到了许多关于彼时彼景的欢乐描述。人们难以置信而又激动地在计算机屏幕上捕捉到了两个光点的轨迹。在第一圈运行中,第一个粒子束几乎成功地回来了。在开机的第一个小时内,工作人员对实际路径按照预期做了一些微调。一开始,粒子束绕着加速环环行了几圈。接下来,每一个质子脉冲依次被微调,这样质子束就可以很快环行数百圈。不久后,第二个质子束也经历了相同的过程,整个事情走上正轨耗时一个半小时。
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