CERN告别大型强子对撞机 第三次长期停机正式启动

2024年12月3日，日内瓦——欧洲核子研究组织（CERN）今日宣布，全球最大的粒子加速器——大型强子对撞机（LHC）已完成第三轮运行（Run 3）的最后一次质子碰撞，正式进入为期约三年的“第三次长期停机”（Long Shutdown 3, LS3）。这意味着这台曾为人类揭开“上帝粒子”面纱的超级机器，将在未来数月内逐步冷却、拆解并接受大规模升级，为更高亮度的“高亮度大型强子对撞机”（HL-LHC）时代铺路。

LHC第三轮运行：创纪录的数据采集

自2022年7月重启以来，LHC的第三轮运行持续了约两年半。在此期间，加速器以空前的每秒4000万次质子碰撞频率运转，向ATLAS、CMS、ALICE和LHCb四大实验源源不断地输送数据。CERN在新闻稿中透露，本轮运行共收集了超过300拍字节（PB）的原始数据，是前两轮运行总和的两倍以上。这些数据将帮助物理学家以前所未有的精度检验标准模型，并寻找暗物质、额外维度等新物理迹象。

“本轮运行最令人兴奋的成果之一，是我们首次在LHC上观测到‘W玻色子质量的极高精度测量’，其结果与标准模型预测完全吻合。”CERN粒子物理部主任乔安娜·沃克（Joanna Walker）表示，“同时，我们也在寻找衰变极罕见的B介子过程中发现了几个偏离理论值的事件，这可能是新物理的潜在线索。”

告别LHC：为高亮度升级做准备

LS3是LHC自2008年运行以来的第三次重大维护期，也是最具雄心的一次。工程师们将拆除加速器环中约1.2公里的老化的铜线束、更换数百万个电子元件，并安装全新的“内三重像限”（Inner Triplet）磁体系统。这套由超导磁铁组成的装置将聚焦质子束斑，使其碰撞率提升至当前水平的5到10倍，从而让物理学家在更短的时间内采集到更多稀有事件。

CERN加速器技术部主任米歇尔·拉莫斯（Michele Lamont）强调：“LS3并非简单的‘休眠’，而是将LHC的‘心脏’重新换血。未来三年间，我们将开放地下隧道，让数百名工程师和技术人员在辐射环境中展开史无前例的精密作业。”

值得注意的是，此次停机也将永久性地改变LHC的某些部件。例如，原始的“RF腔”（射频腔）将被全新的超导腔替换，后者能将质子束加速效率提升30%。此外，为了防止高亮度运行时的辐射损伤，整个实验区域的屏蔽层也将加厚。

高亮度LHC：重启时间表与新目标

按照规划，LS3将持续到2027年底，随后LHC将以“高亮度LHC”（HL-LHC）的名义重启。预计在2028年启动调试，2029年正式投入物理学运行。HL-LHC将使每秒产生的碰撞次数达到目前水平的十倍，从而将发现新粒子的灵敏度扩展到更低的概率范围。

物理学家普遍认为，标准模型虽已完美解释已知粒子，但无法解释暗物质、中微子质量、物质-反物质不对称等根本问题。HL-LHC有望在这些领域实现突破。CERN研究主任卡尔·雅各比（Karl Jakobs）在一份声明中表示：“我们正在建造的不仅是机器，更是一座通往未知宇宙的桥梁。LS3是勇敢的告别，也是新纪元的起点。”

人类最强大实验工具的传承

自1989年前身LEP对撞机开始，CERN的大型加速器已为科学界服务了35年。LHC的每一次停机都意味着设备的老化，但同时也代表着技术的迭代。LS3不仅是维护，更是对这台“科学巨兽”的再造。

在停机首日的告别仪式上，工作人员将一枚印有“Thank you, LHC”的纪念牌悬挂在加速器环的1号点。灯光逐一熄灭，液氦冷却装置停止轰鸣——未来数月，LHC将归于沉寂，但它所孕育的高亮度版本，正蓄势待发。

“我们从未真正告别，只是换一种方式重逢。”CERN总干事法比奥拉·贾诺蒂（Fabiola Gianotti）在视频致辞中说，“当LHC在2029年重新点亮时，它将不再是原来那个老朋友，而是一位更强大、更敏锐的探索者。人类对宇宙本源的追问，将因为这次‘休眠’而迈出更大一步。”

对于全球数万名物理学家和工程师而言，接下来的三年将充满期待与挑战。而LHC的第三次长眠，正是为下一次伟大的苏醒积蓄力量。