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叩响天堂之门：宇宙探索的历程 [:1700950064]
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叩响天堂之门：宇宙探索的历程
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我从1983年开始攻读物理学研究生，而大型强子对撞机的建造计划于1984年正式提出。所以，从某种意义上来说，我在自己学术生涯的前25年，一直在等待大型强子对撞机。现在，在经历了无数等待与波折之后，我与同事们终于看到了大型强子对撞机的实验数据，并期待着实验将要很快揭示的有关质量、能量与物质的洞见。
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大型强子对撞机是目前最重要的粒子物理学实验仪器。因此，当它开始运行时，我的许多物理学家同僚都非常急切、兴奋。所有的研究室中，人们都在四处打听情况：对撞将要达到什么能标？一个质子束中包含多少质子？理论物理学家们想要理解某些细节，这些细节曾经是由我们之中从事计算与概念，而非机器或实验设计工作的人抽象出来的，而实验物理学家们也是这样。在听到我们最新的猜想，并了解更多他们有可能寻找、发现到的事物之后，实验物理学家们表现出了我所见过的最大的热切之情。
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即便是在2009年12月的一个计划讨论暗物质的会议上，与会者依旧热切地讨论着大型强子对撞机。那时，大型强子对撞机刚刚令人难以置信地成功完成了它的首次加速与对撞。在一年多前的那次沮丧[39] 之后，每个人都开始欣喜若狂。当实验物理学家们得到可以更好地理解探测器的实验数据时，他们感到放心多了，而理论物理学家们也为他们很快就能得到一些答案而高兴。一切都好到难以置信：粒子束看上去很好，对撞已经进行过了，实验设备正在记录对撞事件。
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达到这个里程碑的过程是一个相当了不起的故事，而这一章就要讲述这段传奇。因此，请系好你的安全带，我们将要走上一段颠簸之路。
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筑梦科学
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欧洲核子研究中心的历史早于大型强子对撞机数十年。第二次世界大战结束后不久，在欧洲建造一家加速器中心，以主要开展研究基本粒子的实验的想法就首次提上了日程。那时，许多欧洲物理学家（其中一些人已经移居美国，另一些人还在法国、意大利与丹麦）都希望让科学的前沿回到自己的故乡。美国人与欧洲人一致同意，如果欧洲人联合起来参与这项事业，并在欧洲展开研究以弥补在战争结束不久之后遗留下来的荒芜与猜忌，那么这对科学与科学家们而言，都是最好的选择。
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联合国教科文组织1950年在佛罗伦萨召开的一次会议上，美国物理学家伊西多·拉比（Isidor Rabi）提议兴建一个新的实验室，以在欧洲重建科学界的强联系。1952年，欧洲核子研究理事会（法文名为Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire，因此其缩写为CERN）成立。1953年7月1日，来自12个欧洲国家的代表聚集在一起创建了“欧洲核子研究组织”（European Organization for Nuclear Research），其创立协议于次年得到了认可。CERN的缩写显然有点不合适了，而且我们现在研究的是亚核物理学和粒子物理学，但出于管理机构的原因，CERN的缩写依然被保留了下来。
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欧洲核子研究中心的设备故意建造在欧洲的中心，一个位于日内瓦城附近、在瑞士-法国交界的地点。如果你喜欢户外运动，那么到此一游再好不过。这个极好的位置坐拥良田万顷，紧邻侏罗山，而不远处就是阿尔卑斯山脉。欧洲核子研究中心的实验物理学家们都颇有运动天赋：滑雪、爬山、骑行，无所不及。欧洲核子研究中心占地极为庞大，足以为那些爱好运动的研究员们提供足够大的场地，让他们奔跑得精疲力竭以保持体形。那里的街道都以著名物理学家的名字命名，比如“居里路”“泡利路”“爱因斯坦路”，等等。然而，欧洲核子研究中心的建筑风格囿于它的建造时代。20世纪50年代，国际建筑风格都是平淡无奇而低矮的，所以欧洲核子研究中心的楼都不高，它的走廊蜿蜒，办公室风格乏味。“科学设施”并没有给这些建筑带来生气——看看大多数学校中的科学建筑吧，你会发现，它们往往是校园所有建筑中最丑陋的。给这个地方（与风景）带来亮色的是那些工作于此、孜孜不倦地追寻着各自学科、工程学目标与成就的人。
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国际合作有助于推动欧洲核子研究中心的发展，也许这是人类创建过的最成功的国际事业。即便是在第二次世界大战之后不久，各国之间还处于冲突状态之际，来自12个不同国家的科学家们依旧坐在了一起，为这项共同事业出力。
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如果存在竞争，那也是为了美国人及其蒸蒸日上的科学事业的。在欧洲核子研究中心找到W、Z规范玻色子之前，几乎所有的粒子物理学发现都来自美国的加速器。我在1982年作为费米实验室的暑期学生时，那个跌跌撞撞地走入公共区域，呢喃着他们为什么“必须找到那天杀的矢量玻色子”并打破美国统治地位的醉汉物理学家，也许正表达了那时许多欧洲物理学家的想法——虽然这种措辞显然有些贫瘠和苍白无力。
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欧洲核子研究中心的科学家们确实找到了那些玻色子。现在，随着大型强子对撞机的建成，欧洲核子研究中心是实验粒子物理学当之无愧的科学中心。然而，在大型强子对撞机计划首次被确认之前，这绝对没有被预先确定下来。由里根总统批准的美国超导超级对撞机的能标将是大型强子对撞机的三倍——假如美国国会一直资助这个项目，而没有让它中道崩殂的话。虽然克林顿政府原本并不支持这项由共和党前总统发起的项目，然而当他意识到某些利害关系之后，就改变了想法。1993年6月，克林顿给美国众议院拨款委员会主席威廉·纳彻（William Natcher）写了一封信，试图继续支持这个计划。
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我希望你了解我对超导超级对撞机的持续支持……在此时放弃它将是美国对其基础科学领袖地位作出妥协的一个信号，而这个领袖地位曾持续数代。现在经济形势非常紧张，政府部门支持这个项目，是因为它将在科学与技术的领域之内带来广泛的收益……我希望你继续支持这项重要而具有挑战性的努力和尝试。
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当我于2005年见到克林顿时，他还提出了有关超导超级对撞机的话题，并且问我：“放弃这个项目之后我们失去了什么？”克林顿很快就承认，他也认为人类放弃了一次宝贵的机会。
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大约在美国国会否决了超导超级对撞机提案的时候，纳税人们为储贷危机担负了大约1500亿美元，这远超过超导超级对撞机的预算100亿美元。作为比较，美国的年度财政赤字均摊到每个美国人身上有600美元之巨，而伊拉克战争让每位国民为此负担2000多美元。假设超导超级对撞机建成了，我们现在就能得到高能实验结果，也能达到比大型强子对撞机还高的能标。送走了储贷危机之后，美国又迎来了2008年的金融危机，而这让纳税人负担了更多的救市资金。
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大型强子对撞机90亿美元的建造经费与超导超级对撞机的预计经费几乎差不多。每个欧洲人将为此承担15美元——或者如我在欧洲核子研究中心的同僚路易斯·高密（Luis Álvarez-Gaumé）所说，在大型强子对撞机的建造期间，每年每个欧洲人仅为此付出一杯啤酒的钱。评估像大型强子对撞机这种基础科学研究的价值往往是棘手的，然而基础科学研究的确推进了电力、半导体、万维网，并极大影响了我们生活中各种技术的腾飞；它们启迪了技术与科学思想，扩展到了我们经济中的方方面面。大型强子对撞机的实际效果也许难以估计，但它的科学潜力却可以估量。我觉得，欧洲人的花费物有所值。
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长期项目需要信念、责任心与奉献精神。在美国，越来越难作出这样的承诺。在我们过去的观念中，提到美国就意味着巨大的科学、技术进展。然而，这种重要的长期计划正在变得越来越少。你必须把这种计划提供给欧洲共同体，他们才有能力始终如一地完成这种方案。建造大型强子对撞机的提案于25年之前首次设想，并于1994年核准。它是一个雄心勃勃的项目，然而，直到现在它的成果才“小荷才露尖尖角”。
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此外，欧洲核子研究中心刚刚在国际上拓展了它的吸引力，除了它的20个会员国之外，还有53个国家都参与了大型强子对撞机的设计、建造与仪器试运行过程。现在，来自85个国家的科学家们都参与其中。美国不是正式的会员国，然而，美国是所有国家里为主要实验提供最多工作人数的国家。
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总共有大约10000名科学家参与了工作——这也许是全球粒子物理学家总数的一半。其中20%就居住在附近，在此全职工作。随着大型强子对撞机的运行，主餐厅变得无比拥挤，物理学家们摩肩接踵地点餐——这个情况在一座新餐厅建成之后，才有所和缓。
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由于欧洲核子研究中心的人来自五湖四海，美国人会被在餐厅、办公室与走廊中回响的各种语言与口音所迷惑。美国人还会注意到香烟、雪茄、葡萄酒与啤酒，这都提醒着他们：他们不在故土。有些人会赞扬餐厅食品的高品质，然而，欧洲人很挑剔，他们对这些赞美的评论持保留意见。
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欧洲核子研究中心的雇员与访客涵盖甚广：从工程师到管理员，到真正做实验的实验物理学家，再到理论物理学家。欧洲核子研究中心实行等级管理，其中有主管官员，有负责一切行政事务（包括重大决策）的委员会。其首脑被称为总干事，这也许与某些出自《吉尔伯特与沙利文》（Gilbert and Sullivan ）的典故有关，虽然真正的原因是总干事之下有很多管理职位决定了这个名字。欧洲核子研究中心委员会是负责如计划、安排项目这样重大决策的管理体系。它尤为关注科学政策委员会，后者是主要的咨询委员会，帮助评价提案及其科学价值。
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这项有数千人参与的大型实验合作项目有其自己的体系。工作根据探测器的组分，或者分析的类型而分配。某个来自指定大学的小组可能负责仪器中某个特定的部分，或者某个特定类型潜在理论的解释。在挑选自己感兴趣的工作的权利上，欧洲核子研究中心的理论物理学家们比实验物理学家们拥有更大的自由。有时，他们的工作与欧洲核子研究中心的实验相关，但也有些人致力于构建更加抽象的、无法在短期内被验证的理念。
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虽然如此，欧洲核子研究中心以及全世界所有的粒子物理学家都对大型强子对撞机充满期待。他们知道自己未来的科学研究以及粒子物理学这个领域本身，都依赖于未来10～20年之内大型强子对撞机的成功运行与发现。他们理解这项事业的挑战性，但是他们更加从骨子里认可这项事业中的那些“最”。
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