欧洲核子研究中心

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欧洲核子研究中心
European Organization
for Nuclear Research

Organisation européenne
pour la recherche nucléaire
成员国家
成立时间1954年9月29日,​64年前​(1954-09-29
总部 瑞士日内瓦州梅兰
会员22 国家
  •  奥地利
  •  比利时
  •  保加利亚
  •  捷克
  •  丹麦
  •  芬兰
  •  法国
  •  德国
  •  希腊
  •  匈牙利
  •  以色列
  •  意大利
  •  荷兰
  •  挪威
  •  波兰
  •  葡萄牙
  •  罗马尼亚
  •  斯洛伐克
  •  西班牙
  •  瑞典
  •  瑞士
  •  英国
  • 准会员:
  •  塞浦路斯
  •  巴基斯坦
  •  塞尔维亚
  •  土耳其
官方语言英语和法语
理事会主席Sijbrand de Jong
总干事法比奥拉·吉亚诺提
网站home.cern

欧洲核子研究中心(法语:Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire;英文:European Organization for Nuclear Research,通常被简称为CERN,由Conseil européen pour la recherche nucléaire缩写而来 ),是世界上最大的粒子物理学实验室,也是万维网的发祥地。它成立于1954年9月29日,总部位于瑞士日内瓦西北部郊区的法瑞边境上,享有治外法权。CERN目前有21个成员国。以色列是第一个也是目前唯一一个非欧洲成员国。

CERN也被用来称呼它的实验室,其主要功能是为高能物理学研究的需要,提供粒子加速器和其它基础设施,以进行许多国际合作的实验。同时也设立了资料处理能力很强的大型电脑中心,协助实验数据的分析,供其他地方的研究员使用,形成了一个庞大的网络中枢。

欧洲核子研究中心现在已经聘用大约三千名的全职员工。并有来自80个国籍的大约6500位科学家和工程师,代表500余所大学机构,在CERN进行试验。这大约占了世界上的粒子物理学圈子的一半。

粒子物理学博物馆欢迎一般公众在办公时间参观。除此之外,事前预约的话每天上下午共有两个时段可以参观实际的实验工作,并备有导览说明。导览员来自各国的实验合作者,可以提供多种语言的向导。

历史

1954年欧洲核子研究中心的12个创始成员国(地图边框从1954至1990年)

缩略词CERN在法语里原本代表欧洲核子研究理事会Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire),是一个1952年由11个欧洲政府建立的,临时为实验室设定的理事会。在临时理事会被解散后,新的实验室在1954年9月29日被改名为欧洲核子研究中心Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire),这个缩略词仍然被保留着。前任CERN的董事-科瓦尔斯基(Lew Kowarski)在任时,CERN的名称正式更改为European Organization for Nuclear Research,新名字的缩略词OERN显得有点突兀。而沃纳·海森堡认为“虽然名字是这样,但缩略词仍然可以是CERN。”

重要科学成就

欧洲核子研究中心举行的实验在粒子物理学中出现许多重要成就,其中包括:

  • 1973年,Gargamelle气泡室发现了中性流。
  • 1983年,UA1和UA2发现了W及Z玻色子。
  • 意大利鲁比亚和荷兰范德米尔获得1984年的诺贝尔物理学奖。
  • 夏帕克获得1992年的诺贝尔物理学奖。
  • 1995年成功以射击反质子制造反氢原子。
  • 1999年于NA48实验中直接发现CP破坏存在的证据。
  • 2011年9月23日,参与实验的瑞士伯尔尼大学的物理学家伊雷蒂塔托等人声称:一种称为中微子的亚原子移动的速度比光速快了60纳秒,若该研究成果获得科学界的确定,将改写爱因斯坦在1905年发表的狭义相对论中提出的“光速为宇宙中最快速度”的理论,但在CERN于2012年2月23日所发布的报告中指出这一结果有误差,而误差源于为GPS同步提供时间戳的振荡器步进过快和用于将GPS信号输出到原子钟的光缆没有正确连接;后来在研究团队内的不信任投票通过(团队内有超过30个重要成员投了不信任票)后伊雷蒂塔托等人也为此引咎辞职。
  • 2012年7月4日,欧洲核子研究中心宣布大型强子对撞机的紧凑渺子线圈探测到质量为125.3±0.6GeV的新玻色子(超过背景期望值4.9个标准差),超环面仪器测量到质量为126.5GeV的新玻色子(5个标准差)。这两种粒子极像希格斯玻色子,但还有待物理学者进一步分析来完全确定两个探测器探测到的粒子是否为希格斯玻色子。7月31日,紧凑μ子线圈实验团队和超环面仪器实验团队又分别提交新的侦测结果,将这种疑似希格斯玻色子的玻色子的质量确定为紧凑μ子线圈的125.3 GeV/c(统计误差:±0.4、系统误差:±0.5、统计显著性:5.8个标准差)和超环面仪器的126.0 GeV/c(统计误差:±0.4、系统误差:±0.4、统计显著性:5.9个标准差)。

计算机科学

世界上第一个网页服务器(收藏于CERN博物馆对外展示)欧洲核子研究中心的电脑网格,

万维网是欧洲核子研究中心的询问计划的产物,是由蒂姆·伯纳斯-李和罗伯特·卡里奥在1989年发起。

根据超文本的概念,计划目的是为了研究人员更好地分享信息。第一个网站建于1991年。1993年4月30日,欧洲核子研究中心宣布开放万维网给所有人使用。由蒂姆·伯纳斯-李所制作的第一个网页仍然被保存起来。

最近,欧洲核子研究中心成了网格计算的发展中心,主持欧洲科学网格计划(EGEE)、大型强子对撞机网格计算计划和CERN互联网交换点(CIXP)-两个瑞士互联网的交换点的其中一个。

粒子加速器

大型强子对撞机的隧道内部

欧洲核子研究中心有一个由六个加速器和一个减速器所组成的网络正在运作。每一台机器在粒子束进行实验或被送往更强的加速器前都为粒子提高能量。正在运作的机器如下:

  • 两个直线加速器,提供低能量的粒子,来注入质子同步加速器。一个为了质子,另外一个是为了重离子。他们被称为Linac2和Linac3。下一代的加速器Linac4还在开发建造中。
  • 质子同步加速增辐器(Proton Synchrotron Booster)
  • 28 GeV质子同步加速器,建于1959年,为其他更强的超级质子同步加速器提供粒子束。
  • 超级质子同步加速器,直径两公里的环形加速器,于1976年开始运作,能量输出由300 GeV至450 GeV不等。它常被用来作质子-反质子对撞机,并为高能量电子及正电子加速。这些粒子最终被注入大型电子正子对撞机。2007年或以后,它将为大型强子对撞机注入质子及重离子。
  • 上线同位素质量分离器(ISOLDE),用来研究不稳定的核子。粒子是由质子同步加速器所提供。它建于1967年,在1974年及1992年升级。
  • 反质子减速器(AD),研究反质子在低速(约十分之一光速)时的物理特性。同时与正子合成反氢来进行反物质特性的研究。
  • 紧凑直线加速对撞机(Compact Linear Collider, CLIC)测试设备,用来进行下一代国际大型直线加速对撞机计划的开发研究。

大型强子对撞机

紧凑μ子线圈(CMS)侦测器,右下方的梯子凸显出尺寸大小。 大型强子对撞机底夸克(LHC-b)侦测器的结构图

大型强子对撞机(LHC)于2008年9月10日投入运作,它被隐藏于总长约27公里的环形隧道中。隧道之前是由大型电子正子对撞机所使用(2000年11月停机)。

这条隧道位于地下100米,在日内瓦国际机场和附近的侏罗山之间。由五个实验对撞机(分别是紧凑μ子线圈、超环面仪器、LHCb、TOTEM与ALICE)组成,于2007年开始运作。这五个对撞侦测器分别在加速器上不同的地点和运用不同的技术来进行研究以及相互验证的工作。建设这些实验设施需要非凡工程计划。例如:为降下CMS实验侦测器的组件到地下洞穴中,一台特别的起重机将必须从比利时租来使用。这台机器能够举起几乎2000吨组件。因为建筑上的需要,大约5000块磁铁必要在2005年3月7日格林威治时间13:00被下放在一个特别的轴上。

该加速器将产生大量的电脑资料,将远远超过单一研究机构所能够负担,因此CERN将以串流方式发送到世界上的各个合作实验室作分散处理。在2005年4月,研究人员成功地试验以每秒600MB的传输速度发送到世界七个不同地点。

已拆除的加速器

  • Linac1
  • 600 MeV 同步回旋加速器(1957-1991)
  • 交叉碰撞储存环(ISR,1971-1984)
  • 大型电子正子对撞机(LEP,1989-2000)
  • 低能反质子环(LEAR,1982-1996)

各个实验地点

侏罗山下的梅汉实验地点

小型的加速器坐落于梅汉实验地点(又名西区),沿着法国边境的瑞士境内。到了1965年,已经扩展到边境的另一边。在与瑞士接壤的法国地方,没有清晰的界限,只有一些标志性的石头。那里有六个入口通往梅汉实验地点:

  • A,瑞士境内,在上下班时段对所有CERN人员开放
  • B,瑞士境内,每天都对所有CERN人员开放
  • C,瑞士境内,在上下班时段对所有CERN人员开放
  • D,瑞士境内,在上下班时段只作货运用途开放
  • E,法国境内,在上下班时段对所有居留法国的CERN人员开放,由海关管理
  • 法国的隧道入口。只是对进出法国的器材运输开放,并需要领有通行证。依据条约内容,这些货运是免税的,但通道是由海关管理。

超级质子同步加速器及大型强子对撞机的隧道几乎完全位于主实验地点的地表下,差不多完全埋没于在法国农田之下并不留痕迹。然而他们在某些地点设置了地面站、与实验有关的大楼与保持对撞机运作的设施,譬如低温冷却工厂和通道井。实验室则位于这些站点下面,深度与隧道相同。

虽然某些低温冷却设施及进出区域在瑞士,但当中三个实验地区在法国境内,而ATLAS则在瑞士。最大的实验地区就是北区-法国安省Gex区的Prévessin,是超级质子同步加速器的非对撞机实验的目标站。其他实验地区则是为了UA1、UA2、大型强子对撞机的实验。

除了这些实验地点,还有其他实验地点拥有正式名称或编号。例如:NA32是在北区Prévessin的实验地点,寻找含有粲夸克的粒子。WA22是在西区梅汉的实验地点,利用大型欧洲气泡室BEBC检验中微子的互作用。UA1、UA2则代表地下区域的实验,那就是在超级质子同步加速器中进行。

成员

正式成员国:

  • 比利时
  • 丹麦
  • 德国
  • 法国
  •  希腊
  •  意大利
  •  挪威
  • 瑞典
  • 瑞士
  •  荷兰
  •  英国
  • 奥地利
  • 西班牙
  • 葡萄牙
  • 芬兰
  • 波兰
  • 匈牙利
  • 捷克
  • 斯洛伐克
  • 保加利亚
  • 以色列

申请中:

  •  罗马尼亚

准成员国:

  •  塞尔维亚

观察员:

  • 欧盟委员会
  • 联合国教科文组织
  • 杜布纳联合原子核研究所
  •  印度
  •  日本
  •  俄罗斯
  •  美国

对外开放的设施

对外开放的设施包括:

  • 科学创新球形礼堂
  • 粒子物理学博物馆,展览粒子物理学及欧洲核子研究中心的历史

流行文化中的CERN

Line 18前往欧洲核子研究中心 印度的原子能局英语Department of Atomic Energy所赠送的纳塔罗阇神舞状态的湿婆神雕像。
  • CERN曾多次在科幻小说中提及,例如丹·布朗的《天使与魔鬼》故事中CERN实验中制作收集到的反物质遭窃,并且被制作成炸弹描述。
  • 一部以CERN的大型强子对撞机为主题的rap音乐录影带,由Katherine McAlpine主唱,还有该设施的员工参与演出。
  • CERN曾多次在《生活大爆炸》影集中被提及,并于第三季中大型强子对撞机被称为“大型强子型碰撞”。
  • CERN在《南方四贱客》(第13季,第6集)中出现。主角之一斯坦·马希的父亲潜入"瑞士的超级强子对撞机"并窃取了"用来测试偏转粒子的超导磁铁"作为其儿子的赛车用零件。
  • CERN在游戏《Steins;Gate》系列及同名动画命运石之门系列中被虚构成一个名为SERN的反方组织,并且利用LHC实验产生的微型黑洞成功地进行时光旅行并改变过去与未来,创造了一个反乌托邦的世界。故事中SERN多次派遣秘密特务企图阻止与夺取主角发明的时光机器,并对主角群进行监视与妨碍。
  • 在AR游戏Ingress中CERN是Exotic Matter (XM)被发现的所在地。

画廊

  • 欧洲核子研究中心的大楼

  • 欧洲核子研究中心相关建筑群

原文链接: http://www.baijia520.com/c520/39hjf.html