2008-09-08

LHC 倒數計時開始 探求宇宙奧祕

Countdown starts in quest to pierce secrets of Universe
http://www.physorg.com/news140059929.html

September 08, 2008

粒子物理學家相信,他們將在週三開啟知識的新邊疆,那時他們,在地表下 100 公尺,將開啟一部精心打造的巨大機器,準備揭開物質最深奧之謎。

有史以來所進行最複雜的科學實驗,大強子對撞機(Large Hadron Collider,LHC)將把次元子粒子加速到接近光速並使它們猛烈撞在一起,準備填補我們對宇宙理解中的空白。

它也許能決定時--空相關新穎理論的結果:是否有另一個維度 -- 或許多次元 -- 與我們的平行並存?

在花了將近 20 年與 60 億瑞士法郎(54.6 億美元)之後,一個吸引了近 36 國;由 5,000 位科學家、工程師與技術員所組成的大軍,終於接近實現這個巨大的計畫。

在週三 GMT 07:30(台灣為下午三點半),第一批質子將會在 European Organisation for Nuclear Research(CERN)的總部注入一座 27 公里、橫跨瑞、法邊界的環型隧道。

在 1 億分之一的光速下疾馳,這些粒子將成為一個要使次元子成份相撞之長期實驗的第一步,在微小空間中產生比太陽熱度高出 10 萬倍的溫度。

分析者接著會鑽研這些殘骸以尋找基本粒子。

"我們將進入物理學的新領域," Peter Jenni,ATLAS 發言人 -- 安置在環上的四大實驗室之一,在此一長列(swathe)敏銳的偵測器將聚焦在這些碰撞上。

"星期三是一個相當重要的里程碑。"

相較於 LHC 的 CERN 前輩,LEP 對撞機,以及一部位於美國伊利諾州傳奇 Fermilab 的老化加速器,它是部力量強大的機器。

它有能力以巨大的 14 TeV 讓質子或離子 -- 稱為強子(hadrons)的粒子 -- 撞在一起,比 Fermilab Tevatron 所維持的記錄大上七倍。

此一怪獸等級的計畫因其目標:探索無限小,而整齊地並列。

物理學家長久以來對於粒子如何取得質量感到困惑。

在 1964 年,一位英國物理學家,Peter Higgs,提出了這個點子:這裡並定存在一背景場,其作用將有點像糖漿。

粒子通過它,將透過與一種仲介物之間的拖拉而取得質量,理論學家將其命名為希格斯玻色子(Higgs Boson)。

對於希格斯粒子的標準嘲諷是將它稱為「上帝粒子(God Particle)」 -- 它無處不在卻又令人洩氣的難以理解。

法國物理學家 Yves Sacquin 說,由 LEP 與 Fermilab 所完成的、如英雄般的研究,已縮小了能量範圍,在此很有可能發現這隻狡猾的怪物(devious critter)。

考慮到 LHC 的能力,"這裡有很強的可能性,它將會被偵測到," 他說。

某些專家也對於 LHC 早先在超對稱探究上的突破滿懷希望。

超對稱理論比希格斯粒子甚至要走的更遠。那假定在標準模型(Standard Model)中的粒子有相關、卻更龐大的相似物(counterparts)。

這樣的粒子將解釋最近幾年令人不安的發現:可見物質僅佔約 4% 的宇宙。稱為黑暗物質(dark matter)與黑暗能量(dark energy)如謎一般的現象,則佔了其他部份。

CERN 主管 Robert Aymar 將軍有把握這個龐大的實驗在洞悉這些神祕事物時將產生相應地大突破。

"LHC 無疑將產生本尊與這種黑暗物質的了解," 他在錄影聲明中表示。

CERN 已發起公關(PR)戰役,安撫大眾說 LHC 將不會創造足以吞沒這顆行星的黑洞,或是令人不快的假設性粒子,稱為奇子(strangelet,譯註:由數量約略相等的上、下、奇夸克所組成的假設性物體,這種東西所組成的物體大小不一,大者可成為所謂的夸克星 (quark star),詳見相關報導,有一種相等的說法是,奇子為奇異物質的碎片。這種東西源自於 E. Farhi 與 R. Jaffe,已成為黑暗物質的候選人之一)那將把地球變成一團黏性物質(goo)。

該組織已委任一專門小組驗證其計算,表示這樣的風險(就任何合理的思考)為:不可能,而法國也完成它自己的安全性調查。

不管怎樣,世界末日不會在禮拜三發生,因為 LHC 在那一天將不會產生任何碰撞。

在全速運轉之前,或許將在「數週之內」開始委任 LHC 測試其設備以及評估其工作程序,成為階段性計畫的一部份,Jenni 說。

每天將看見如山一般高的資料需要分析,"在有人希望可以開始發現某些新東西之前,那將花上數週或數個月," 他謹慎表示。

"LHC「超過」一部機器。那是我們這個時代的智慧追尋," New Scientist 週刊在本週這一期如此表示。

"幸運的話... 今日的物理學教科書將在 2009 年底開始過期。"

(後面背景資料略譯)

◆ 任務簡介:

-- 狩獵希格斯玻色子(HIGGS BOSON)
-- 探索超對稱(SUPERSYMMETRY)
-- 調查物質與反物質(MATTER AND ANTI-MATTER)
-- 重現大霹靂(BIG BANG)後的最早時刻

◆ 事實檔案:


  • LHC 將把氫質子或鉛離子加速到 99.9999% 的光速,這項實驗將在 27 公里長,地底 175 公尺深的環型隧道中完成。
  • 射束將以相對方向在同一平面上相撞。強大的超導磁鐵會使射束彎曲,故粒子束會在四個大腔室內相撞。此撞擊將產生比太陽熱 10 萬倍的溫度,重現大霹靂之後的狀態。
  • 包圍腔室(chambers)的是偵測器,那將產生質子對撞後所產生之次元子粒子軌跡的 3D 影像。
  • 在高速運作下,LHC 每秒將產生 10 億次碰撞。在地面上有 3000 部電腦,世上最大的電腦農場之一,將立刻算出最感興趣的 100 次碰撞。資料將送往全世界各學術單位所組成的運算網格來分析(譯註:LCG)
  • 這個隧道是世上最大的電冰箱。這些超級磁鐵被冷卻到攝氏 -271 度,比外太空還要冷,以克服電阻。
  • 碰撞腔室的規模巨大。最大者稱 ATLAS,46 公尺長、25公尺高。7000 噸的重量跟艾菲爾鐵塔不相上下,裡面包括 3000 公里長的纜線。蓋 ATLAS 時挖出近 300,000 噸的岩石,傾注 50,000 的混凝土。在一年內它將產生 3,200 TB 的 raw data,為美國國會圖書館 30 億本書的 160 倍。
  • 在 10 小時的實驗中,一道射束將行進超過 100 億公里,足以來回海王星一趟。在全力運作時,每道射束的能量可讓一輛車每小時行駛約 1600 公里。LHC 將使用 120 百萬瓦特的電力,相當於日內瓦地區的家戶用量。
  • LHC 碰撞將產生 14 兆電子伏特(TeV),在很小尺度下產生高度能量的濃縮。1 TeV 的能量相當於一隻飛行蚊子的移動能量。所以 CERN 說不會有安全問題。
  • LHC 花 60.3 億瑞士法郎(54.6 億美元)建造。

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LHC 全球12網格 台灣亞洲唯一

◆ 物理團隊參與 我科技國際發光 全球12網格 台灣亞洲唯一

胡欣男、郭淑敏/綜合報導 2008.09.09 中國時報

「大強子對撞機」(Large Hadron Co llider,LHC)十日正式運轉,全球科學界矚目。國立中央大學團隊領導者物理系教授張元翰已抵達日內瓦,他在行前接受本報訪問指出,大強子計畫對台灣科技發展來說,不論人才培訓、技術、國際聲譽,都是一大躍進。

張元翰率領的中大物理團隊於民國八十四年因建立Preshower矽晶片技術,和LHC緊密合作,民國八十七年加入團隊,與台大共同負責CMS(緊湊緲子螺管探測器),中研院則負責ATLAS(超導環場探測器),兩者為LHC四個探測器中,初期最重要的通用型探測器。

中大團隊博士學位以上,共有十一人參與實驗,其中專案人員葛道寧常駐實驗地瑞士日內瓦八年,張元翰則兼顧教學和研究,往來奔波台、瑞兩地。

張元翰說,大強子計畫龐大,短期難見具體成果,反倒是LHC後端用來儲存、分析粒子碰撞事件的「網格中心」,目前全球僅十二個計算網格中心,台灣便是其中一個、亞洲唯一,已大幅提高台灣國際能見度。

他解釋,網格由全球研究機構裡,超過一萬台電腦組成,藉由資訊分享,截長補短,加速分析速度,已證明有用。他另研判網格極可能促成新世代資訊改革,取代現有單機網路資訊處理。

我國另一個參與LHC相關元件製造的中央研究院也將在十日後,加入相關研究。中研院物理所研究員李世昌指出,該所與中山科學院共同參與LHC四大偵測器之一的ATLAS(超導環場探測器)中的光電通訊系統製作,這個系統負責輸出探測器內的實驗數據,也負責輸入實驗操作指令。

此外,由台大培養出來年僅廿八歲的物理高手陳凱風也於今年二月底派駐瑞士日內瓦,積極參與「大強子對撞機」CMS實驗的台大團隊,與世界二千位頂尖高能物學家合作又競賽,可望進一步發現真正的新粒子。他日前在日本KEK高能實驗室完成發現新粒子徵兆。

陳凱風曾表示,將再推進實驗檢驗並配合理論研究,以確認是否為真正的新強作用粒子(強子)。

李世昌表示,目前中研院物理所已有多名研究生和博士後研究員在瑞士現場,十日LHC啟用後,中研院的研究團隊將和共同參與研究的全球二千名研究人員,共同分析ATLAS產生的大量數據,中大團隊也將透過網格,持續分析無數次的碰撞事件數據。

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「大強子對撞機」台灣研究員 窘到啃漢堡

【聯合報╱記者楊正敏/台北報導】 2008.09.10

全球矚目的歐洲大強子對撞機實驗計畫將正式展開,可能是解開宇宙萬物起源之謎的關鍵,但台灣的研究團隊卻面臨博士生因兵役問題無法居留瑞士長期研究;研究人員微薄的生活津貼因台幣貶值而大幅縮水的窘境。

台灣的研究人員從一九九九年加入歐洲大強子對撞機實驗,國科會每年平均編列四千萬元經費。二○○五年起開始建置亞洲唯一的網格電腦中心,每年更要花一億兩千萬元的連線費用,中研院也投注了一年九千萬元經費。

中研院物理研究所研究員李世昌說,歐洲共同加速中心(CERN)一開始是為了留住歐洲人才設置,是最成功的國際合作典範,曾有不少研究人員拿到諾貝爾獎,現在大家用的www就是CERN為了相互溝通的發明,而網格電腦則是www的升級版。

台灣能加入世界頂尖研究團隊,但是人員的待遇卻相對寒酸,最近連兵役都成問題。

李世昌說,去年起內政部規定,博士生出國研究,只限二次,一次最長一年,粒子物理研究四年能拿博士學位算天才,至少要五、六年。博士生若加入大強子的研究團隊,最多只能去瑞士兩年,要怎麼做研究拿學位?

而工作人員的津貼行政院規定是一天一百美元,但歐洲消費高,美金一直貶值,金額跟不上當地基本消費水平,過得苦哈哈。

台灣大學的博士後研究員陳凱風就曾說,在瑞士幾乎每天吃漢堡,想要找國外的研究人員一起出去吃東西討論研究,常要擔心錢不夠。

國科會表示,大強子的團隊比較特殊,已經行文請內政部和行政院考量特案處理。

※ 五年五百億花去哪?



◆ 台灣團隊 加入尋找希格斯粒子

李宗祐/台北報導 2008.09.10 中國時報

由歐洲粒子物理研究中心(CERN)主導的大強子對撞機(LHC)實驗計畫今日正式啟動。台灣研究團隊表示,LHC今日首度注入質子束後,預定十月廿一日首度對撞,模擬宇宙大爆炸的瞬間情況,全面啟動全球科學家找尋宇宙起源「希格斯粒子」的科學競賽。

國科會從一九九九年起,以每年平均四千萬元補助中央研究院、台灣大學和中央大學組成的台灣研究團隊,參與LHC中的CMS(緊湊渺子螺管探測器)和ATLAS(超導環場探測器)建造、測試與運轉,並參與實驗研究。

中研院物理研究所研究員兼台灣研究團隊CMS計畫總主持人李世昌表示,LHC計畫基本上是個探險,「我們是到未知的地方,去看質子束模擬宇宙大爆炸在十的負廿七次方(一千兆兆分之一)秒的瞬間產生的變化!」

注入質子束 加速到接近光速

外界疑慮LHC實驗計畫可能產生吞噬地球的毀滅性黑洞,李世昌指出,宇宙射線的能量比LHC質子束高一百萬倍以上,自有地球以來,不斷打在地球表面,但地球至今仍未消失。

台大物理系主任兼台灣研究團隊ATLAS計畫總主持人熊怡指出,今日首度注入質子束是LHC非常重要的里程碑,若不成功,後面的實驗都不能做。為了讓LHC順利啟動,CERN已在八月測試成功,讓少數質子在加速器主環運行三公里。今日注入質子束後的最終目標,是在攝氏負二七一度的主環內,將質子加速到接近光速對撞。

解質量之謎 全球科學家動員

熊怡解釋,CMS和ATLAS的實驗目的都是找尋希格斯粒子。科學家對基本粒子物理的知識,已能成功解釋許多物理現象,例如地球上的任何東西都是u夸克和d夸克組成;目前已知的基本粒子包括夸克、輕子和負責交互作用的玻色子,但無法解釋「質量」的來源是什麼?為什麼有些粒子很重、有些粒子根本沒有質量?科學家認為,至今仍未被發現的希格斯粒子應該可以解釋質量的來源。

熊怡表示,CMS和ATLAS的功能就像照相機,在質子束對撞的瞬間,攝影記錄所有發生的事件,從中找到希格斯粒子存在的證據。

李世昌也指出,LHC質子束在十月廿一日首度對撞後,每隔廿五奈秒對撞一次,各國科學團隊都會同步接收到所有實驗數據,比賽誰最快找到希格斯粒子。



◆ 實況轉播 上網全程看

【聯合晚報╱記者韋麗文/台北報導】 2008.09.09

想要觀看世紀實驗,上網也可以!台灣時間明天下午3時,大強子對撞機開始啟用,科學家將首度注入質子束,全程可上網觀看,啟用實況將會透過衛星和網路實況轉播,時間長達九小時。在年底前,大強子對撞機才會以5TeV質子束進行對撞,產生10TeV質心能量的實驗數據,才是此實驗的最高潮。

民眾可以上LHC-first-beam主網頁:http://lhc-first-beam.web.cern.ch/lhc-first-beam/Welcome.html

網路直播連:http://webcast.cern.ch/

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第一道質子束 震撼貫穿對撞機

諶悠文/綜合十日外電報導 2008.09.11 中國時報

瑞士日內瓦「歐洲粒子物理研究中心」耗資四十億瑞士法郎,在瑞士與法國邊界地下一百公尺建造的「大強子對撞機」十日正式啟動,並成功地讓第一道質子束貫穿整個對撞機。透過衛星觀看整個過程的各國科學家,連遠在芝加哥的實驗室都開香檳慶祝。

日內瓦時間十日上午九時卅八分(台灣時間下午三時卅八分),研究計畫主任艾萬斯發布啟動命令,第一道質子束被注入廿七公里長環形隧道內的大強子對撞機,注入後須逐段調整,並使其以接近光速的速度走通對撞機的全部八段。

艾萬斯說,「注入質子束後,約五秒鐘才取得資訊」。不久控制螢幕上的指示器閃爍,證實已經注入。

台灣十五時卅八分 歷史性一刻

當地時間十時廿五分左右,研究人員宣布第一束質子束貫穿整個大強子對撞機,現場響起歡呼聲。

然後須經過數小時至數十小時調整測試,第二道質子束流以反方向注入對撞機。再經過一段時間極其複雜精密的調試,到十月廿一日質子束才展開對撞。

這個超大型計畫花了將近廿年才完成,是歷來最複雜及花費最大的科學實驗之一。北京大學物理學院教授錢思進說:「這具有里程碑意義,為在前所未有的對撞能量下取得新發現奠定了基礎。」

物理新里程碑 各國科學家慶祝

「大強子對撞機」將質子束加速到接近光速後對撞,模擬宇宙大爆炸的瞬間情況,主要目標是尋找有「上帝粒子」之稱的「希格斯粒子」,進而了解物質構造,並探索新物理現象。物理學家認為希格斯粒子可能解開質量的奧秘。

就在「大強子對撞機」試運轉的前一天,英國著名的天體物理學家霍金接受「英國廣播公司」訪問,說他下注五十英鎊(約一百美元),賭「大強子對撞機」在實驗中找不到被視為宇宙科學聖杯的「希格斯玻色子」。

尋找宇宙科學聖杯 科學家對賭

霍金現為劍橋大學數學教授,著有暢銷書《時間簡史》等著作。他九日表示,根據目前的想法,大強子對撞機的能量應該足以發現希格斯玻色子。但他認為,如果沒發現希格斯玻色子,會更令人興奮,那就表示有地方出錯,需要重新思考。

不過霍金表示,這次實驗有可能會發現「超伴子」。根據超對稱理論(supersymmetry),每一個基本粒子都有一個超伴子相隨,如果能發現超伴子的存在,對「旋理論」(string theory)一個非常重要的肯定。

霍金說,如果大強子對撞機能夠撞出微型黑洞,證明他提出的黑洞會釋放輻射的理論,他就可以拿到諾貝爾獎了。可是照霍金的計算,大強子對撞機製造出可以產生黑洞能量的機率不到百分之一。

※ 不是旋理論,是「弦論」。



◆ 全球都在看 台灣竟沒轉播

陳至中/台北報導 2008.09.11 中國時報

由「歐洲粒子物理研究中心」(CERN)主導的大強子對撞機(LHC)計畫,台灣時間十日下午三時正式啟動。我國研究團隊也參與其中,於瑞士現場見證的台灣大學物理系教授侯維恕表示,十日的成功只是往前推進一步,未來還有很多路要走,緊張的心情遠多於興奮。

LHC十日注入循環粒子束,計畫正式啟動,預計十月二十一日正式進行第一次對撞,適時將產生大量數據,由各國研究團隊競賽,看誰先找到關鍵的希格斯粒子,揭開宇宙生成的秘密。該計畫受到世界矚目,當地廣播、網路幾乎是二十四小時不斷放送。侯維恕在現場見證歷史,但他表示,啟動只是第一步,現在不是科學家興奮的時刻,未來還有很多考驗等著科學家們去克服。

昨天下午正式啟動時,我國中研院原打算現場轉播,但訊號很快就中斷,台灣研究團隊ATLAS計畫總主持人中研院物理研究所研究員李世昌表示,全球只有二千個轉播點,中研院這次因準備匆促,沒能搶到轉播。下次若有機會,不排除再試著轉播。

fsj 提到...

LHC網路 駭客入侵鬧場

自由時報 2008-09-14

〔編譯胡立宗/綜合報導〕樹大招風的「大型強子對撞器」(LHC)自開測之後風波不斷,現在連網路駭客都要來軋一腳。四個探測器之一的「緊湊渺子線圈偵測器」(CMS)在十日對撞器啟動前遭到駭客入侵,所幸這些駭客只是想逞能,竄改網頁後就揚長而去,但電腦安全出現漏洞,還是讓計畫成員嚇出一身冷汗。

據外電報導,自稱是「希臘安全小組」的駭客,在入侵CMS的電腦後,上傳了十多個檔案,還以希臘文留言,嘲笑資管人員是「小學生」,並留下「我們把你們褲子拉下來,是不希望你們在混亂發生時,光著身體到處找地方躲」等語意不清的話。

不過,駭客強調他們並沒有惡意,也不想破壞研究計畫,只是要提醒大家,大型強子對撞器的電腦系統並非安全無虞。

這起事件引發研究人員內部兩極看法,一部分人認為駭客其實差一點就可以直搗核心,進入CMS探測器的控制中心;另一派則說駭客還差得遠呢,根本無法影響到實驗進行。

但不管怎麼說,由於瑞士日內瓦的「歐洲核子研究組織」(CERN)大型強子對撞器引起的負面新聞實在太多,許多駭客及恐怖份子都想破壞實驗,因此資安人員在九、十日兩天還是仔細查驗駭客留下的檔案,避免對方偷偷建立以後可以隨意入侵的「後門」,然後再完全清除檔案。目前外人已無法進入遭受駭客侵襲的www.cmsmon.cern.ch網站。至於CERN網站在十一日收到一百四十萬封電郵,其中九十八%是垃圾郵件。

大型強子對撞器先是遭到物理學家質疑,實驗過程將產生黑洞吞噬地球,接著在開始測試前又被和地震天災劃上等號,甚至導致一名印度少女因擔憂而自殺,再加上駭客入侵,真可謂「多災多難」。但值得慶幸的是,原先預計要三十一個工作天才能完成的測試,十日當天就已經完成第一到四天的進度,預計十月初就可以開始正式實驗。

※ 該團體自稱 Greek Security Team,應只是善意的「駭」一下,Cern 發言人表示某些來自於 Fermilab Tevatron(費米實驗室的對撞機)人員的某些存取權限可能被駭客取得,而這個 CMS 偵測器正是台大與中央大學所參與的那個。報導還提到,駭客們有可能覬覦網格運算龐大的運算能力(例如破解密碼),例如史丹佛的加速器與 ScotGrid 均有前例。

* Hackers attack Large Hadron Collider - Telegraph
http://www.telegraph.co.uk/earth/main.jhtml?xml=/earth/2008/09/12/scicern212.xml

* AFP: Hackers 'find black hole in atom smasher computers'
http://afp.google.com/article/ALeqM5hw9h8oVdjHbdo6QZVo50ZbK3N2Eg

匿名 提到...

台灣沒有轉播真的很可惜,這個可以改寫物理課本的世紀大事件太需要親眼目睹了。

fsj 提到...

大強子對撞機故障 維修需兩個月

【閻紀宇/綜合報導】 2008-09-21 中國時報

全球物理學界寄予厚望的「大強子對撞機」(Large Hadron Collider,LHC),十九日再度傳出裝置故障,至少一具低溫超導體磁鐵突然發生線圈失超(quench)現象,溫度遽升約攝氏一百度,導致線圈破裂,大量低溫液態氦溢入地下隧道,甚至有傳言指出,質子加速管內的極度真空狀態已遭到破壞。

LHC全長廿七公里的隧道分為八段,負責LHC運轉的「歐洲粒子物理研究中心」(CERN)發言人吉利斯表示,出事的隧道區段必須進行維修,預計需要兩個月時間。LHC原本計畫九月下旬進行第一次質子束對撞試驗,並在十月廿一日正式啟用典禮之前,將對撞能量提升至十兆電子伏特(10 Tev)的世界紀錄。現在看來,這些里程碑可能都要延宕到年底甚至明年才能實現。

LHC十日在全球注目之下,順利射出第一道質子束。然而隔天就發生變壓器故障,所幸位於地面,容易更換。這次故障發生在緊湊渺子線圈(CMS)與大型離子對撞實驗(ALICE)兩部裝置之間,情況要嚴重得多,光是將這些鈮─鈦合金超導體磁鐵冷卻回到攝氏零下二百七十一.三度(絕對溫度一.九度),就需時好幾個星期。不過CERN另一位發言人詹尼表示,LHC是一具無比龐大複雜的機器,發生這類問題也是在預料之中,各界不必過度擔心。

※ quench 在冶金中指「淬火」,不過在這裡指超導體的抗磁性消失,科學家稱之 magnet quench,起因包括磁場太大、場變化率太大(渦電流、溫度上升)。

* AFP: Atom-smasher down for two months: CERN
http://afp.google.com/article/ALeqM5j2Ln7l-z134P3RTX_ODMM7Zjfoww

* BBC NEWS - What happened to the Big Bang machine?
http://news.bbc.co.uk/1/hi/sci/tech/7627631.stm