大型粒子对撞机有几个（太阳系最大人造机器）

本文高清配图66张，欢迎科学迷收藏后慢慢品读。

在地球这颗行星上，有一台机器的体积大到一般人无法想象。它的长度达到了整整27公里，跨越法国和瑞士的边界。它曾创造出人类在银河系探知到的最高温度（10万亿度，但极其短暂）。它的使命之一，就是在地球上模拟迷你的“宇宙大爆炸”！在这里，甚至还拥有治外法权。它就是大型强子对撞机（Large Hadron Collider，简称LHC）。而它的主人，就是欧洲核子研究组织（European Organization for Nuclear Research，简称CERN。

之前大多数关于CERN的游记，只是接触了一些向公共游客开放的空间。今天，就随着笔者一起，深入这宇宙科学顶级殿堂的内部，探游一番吧。这些设备如此庞大，而且绝大多数都位于深深的地表之下，所以每一张照片所涵盖的，都只能是整体的一小部分。

这里看到的巨型线圈，叫做紧凑渺子线圈（Compact Muon Solenoid，简称CMS）。它是大型强子对撞机的粒子探测器部分，采用了巨型螺管式磁铁，用来测量光子、电子、渺子等粒子的动能。CMS长21米，直径16米，重达12500吨。如果对它的体积没有概念，可以参考中央黄色平台上站立的一位人类工程师。

大离子对撞实验（A Large Ion Collider Experiment，简称：爱丽丝ALICE） 所使用的时间投影室。ALICE实验的目标，就是通过加速铅离子对撞，模拟出宇宙大爆炸后的原始形态。比太阳高十万倍的温度，把质子和中子都熔化掉，就是ALICE的经典杰作。

这个金黄色的巨型“风扇”，叫做超导环场探测器（A Toroidal LHC Apparatus，简称ATLAS）。它和CMS一样，也属于大型强子对撞机的粒子探测器，区别是它的组成结构是8个25米长的超导磁铁线圈。

大型强子对撞机的管道，一望无尽。粒子会以光速99.999999%的速度在此穿行！

爱丽丝的一部分。

高级尾流场实验（Advanced wakefield experiment，简称AWAKE）正在进行中。

这个奇幻的装置属于宇宙户外水滴计划（Cosmics Leaving Outdoor Droplets，简称CLOUD），它的目的是研究银河宇宙射线对户外气溶胶和云层的作用，以及对气候产生的影响。

爱丽丝的一部分，越来越有科幻色彩了。会不会被它吸入另一个平行时空？

ATLAS的一部分，工程师正在仰望检查。

这是什么部件，笔者也不知道，反正觉得科技感十足。

爱丽丝的轨道内部结构。

质子同步加速器所使用的磁体。

爱丽丝的工作平台之一。

仰望爱丽丝，实在是超复杂啊。

工程师们正在检修强子对撞机的轨道。原来里面并不是空管子，还有这么多复杂的结构呢。

换一个角度看高级尾流场实验（AWAKE）。

科学家正在观测尾流场结果。看起来年纪好轻啊，在学校里一定是超级学霸。

最后再看一眼AWAKE。离开后就再也没机会了。

这里是爱丽丝ALICE的中央铍室。铍是对X射线最透明的金属，也是极佳的中子源和中子减速剂。铍也是一级致癌物哦，听着吓人，不宜久留。

在线同位素分离器（Isotope mass Separator On-Line facility，简称ISOLDE），它的工作是分分秒秒对稍纵即逝的短命核素快速地分离和测量。

远看宇宙户外水滴计划（CLOUD）。

爱丽丝ALICE的探测器内表面，金光灿灿。

看着这样复杂的大型强子对撞机，要是哪里出个小故障，找起来都累死人呢。

在走道上横着一根管道，不小心碰一下就完了。工作人员赶忙贴上标签“小心易碎”。

宇宙户外水滴计划（CLOUD）的另一面。

工程师正在使用升降机检测超导环场探测器（ATLAS）。眼神有点警惕？

在LHC里讨论工作的科学家们。

换一个角度观察紧凑渺子线圈（CMS），这个超导电缆线圈，能够产生4特斯拉的磁场。地球磁场大约是50-60微特斯拉。两者大约差距10万倍。

这位工程师打着灯笼在找什么呢？我不懂，也不敢问。

你看，还在找……

走近紧凑渺子线圈（CMS），大伙正在为它装配组件。

超导环场探测器（ATLAS），圆环磁铁系统是它显著的特征，这部分的重量是七千吨。

质子同步加速器的断面。

质子同步加速器真空腔里的垂直隔磁板。

超导磁体试验厅里的液氦冷却缸。液氮的沸点温度是-196℃，而液氦的沸点低到-269℃！液氦是CERN广泛使用的冷却剂，尤其在创造超导领域所需要的超低温环境时无法替代。欧洲核子研究组织的液氦用量占据了全世界的十分之一！你知道吗？液氦是透明的，表面张力极低，而且折射率和空气几乎相同。用通俗的话讲，就算液氦在流动，用肉眼都未必能看到！

这两位工程师负责大离子对撞实验（ALICE）装置的维护，看得出他们很自豪哟。

从侧面看巨大的爱丽丝装置。

一套激光发射光学组件。

大型强子对撞前行粒子实验装置（Large Hadron Collider forward，简称LHCf）的二号探测臂。LHCf可以发射模拟的宇宙射线，并进而对其进行研究。

四号直线加速器（Linear accelerator 4，简称Linac4），为粒子加速提供前期的加速能量。

换个角度看Linac4，墙上贴满了各种图纸。

远距离观看爱丽丝，多图拼接全景。有看到里面的工作人员吗？

放大一些，核心部位的科学家。

再放大一些。

爱丽丝的各类管线，密密麻麻。

爱丽丝的内部，这里是一个强磁场。

这位老大调试的是重子反重子对称性实验装置（Baryon Antibaryon Symmetry Experiment，简称BASE）。

工程师正在连接调试管线，安全帽可以保护他在进出时不至于被磕得头破血流。

人们正在为紧凑渺子线圈CMS安装气体电子倍增器（Gas Electron Multiplier，简称CEM）。

俯瞰巨大的紧凑渺子线圈CMS。

爱丽丝的四五度斜角俯视。

爱丽丝的局部。

NA64实验装置，本实验中粒子撞击的是固定目标。

K介子工厂（N62实验），本装置用来观察稀有K介子的衰减。

OPAL（全称Omni-Purpose Apparatus for LEP） 是大型电子正子加速器（Large electron-positron collider，简称LEP）的探测器。

超级质子同步加速器（简称SPS），用于重离子和中微子实验（NA61和SHINE）。

又看到趴在地上找东西的人了。

强子对撞机发出的光束。

双极磁体的管道。

巨大的低温激光头

最后看一眼爱丽丝。

在欧洲核子研究组织CERN，有来自80多个国家的近万名顶尖科学家夜以继日的工作。他们的使命，就是不断地维护和升级这台复杂的设备：大型强子对撞机。这台人类在地球乃至太阳系建造的最为庞大的机器。

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