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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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1700952043 埃文斯和其他人一样高兴,他并不知道那时的实况录像已经从工程师们所在的控制室传播到了互联网上,整个事件都被直播给了大众。太多的人都在关注屏幕上的那两个小点,以至于他们的网站由于过载而关闭了数次。当工程师们修正质子的路径,以让它们在加速环中成功环行时,全欧洲的人们(欧洲核子研究中心新闻办公室声称有几百万)都像是被施了催眠术一样。同时,在欧洲核子研究中心,当物理学家与工程师们聚集在礼堂中观看同一过程时,惊天动地的欢呼声不时爆发出来。从这一点上来看,大型强子对撞机的前途似乎一下变得无比光明。那一天是一个美妙的成功日。
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1700952045 然而,仅仅9天之后就乐极生悲了。那时,两个新的重要特征需要通过试运行来检验。一开始,在第一次试运行中,质子束在大型强子对撞机内部被加速到了有史以来最高的能标,这次试运行只涉及质子束注入能量,即质子在首次进入大型强子对撞机的加速环时所具有的能量。计划的第二部分是对撞这两个质子束,这当然会是大型强子对撞机运行过程中一座重要的里程碑。
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1700952047 在最后一刻,2008年9月19日,尽管工程师们已经进行了周详的考虑并做好了许多预防措施,但是这次试运行还是失败了。这次失败是灾难性的。与几个很少运作的氦释放阀门组合在一起的两块磁铁之间的铜框上的某个错误焊点,导致质子首次对撞的日期被拖延了一年之久。
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1700952049 问题在于,当科学家们试图在第八个与最后一个部分中提高电流与能量时,沿着汇流条的两个磁铁的连接点坏掉了。汇流条是连接两个超导磁铁的超导连接物(见图9-1),而出现问题的正是两块磁铁之间的连接点。错误的连接点导致周围的氦被击穿而产生电弧,并造成了6吨液氦的突然泄漏(它们本应该缓慢回温的)。当液氦回温而恢复为气态时,猝息导致了超导性的丧失。
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1700952054 图9-1 一条把不同磁铁连在一起的汇流条。一个错误的连接焊点成为2008年那次事故的主要原因。
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