譯序:大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)是西歐核子中心(CERN)迄今建造過的加速器中最大的一臺。它周長27公里,可以把質(zhì)子束加速到14 TeV的能量上,這一數(shù)字14倍于蚊蟲在飛行中的動能。建造LHC的目的是探測更深層的微觀世界,為理論提供檢驗(yàn),也可以研究早期宇宙的粒子物理現(xiàn)象。值得一提的是,為解決海量數(shù)據(jù)處理的難題,LHC采用了分布式運(yùn)算,還推出了面向公眾的LHC@Home項(xiàng)目。 現(xiàn)今LHC的建設(shè)已經(jīng)完成,并于2008年9月10日啟用。如CERN的宣傳語所說,bigger is better when you are searching for smaller,單單憑借LHC的規(guī)模,就足以讓無數(shù)粒子物理學(xué)家對其拭目以待。 本年表譯自CERN官方網(wǎng)站,初稿譯成于2007年8月,由于LHC最近已開始運(yùn)轉(zhuǎn),故最近又將2007年底至2008年的內(nèi)容補(bǔ)充。原文是按年度分頁面介紹的,譯稿將其合并,圖片一律引用原文。 1994年:大工程的第一步 大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)的概念是在1980年代初提出的。雖然CERN的大型正負(fù)電子對撞機(jī)(LEP,于1989年到2000年間運(yùn)轉(zhuǎn))在當(dāng)時還沒有建造,科學(xué)家已經(jīng)在進(jìn)一步展望粒子物理學(xué)的未來了。他們的設(shè)想是重復(fù)利用LEP那27公里長的環(huán)路來建造更強(qiáng)大的設(shè)備。 為盡可能提高對撞能量和強(qiáng)度,新設(shè)備試圖使用兩束質(zhì)子。計劃被命名為大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC),“強(qiáng)子”指物質(zhì)粒子,例如質(zhì)子。 1984年在瑞士洛桑召開的研討會成了LHC工作的正式開始。為討論LEP隧道中修建的質(zhì)子對撞機(jī)可能進(jìn)行的物理學(xué)研究,數(shù)個工作小組設(shè)立了。隨后,LHC成了CERN的優(yōu)先工作。 在接下來的幾年間,圍繞這些意見組織了數(shù)次會議以及數(shù)個工作小組。1989年,最早的初期合作開始了。1992年春在法國伊云召開的會議確定了“合作意向”,標(biāo)志著LHC實(shí)驗(yàn)的開始。 同時開始的一個計劃旨在建造更精密的模型和原型機(jī),以研究如此復(fù)雜的超導(dǎo)加速器(工作溫度為零下271攝氏度)的可行性。 這些會議和研究的最終結(jié)果是,1994年12月,CERN委員會首度批準(zhǔn)了該計劃。
1995年: 6月:日本成為CERN觀察員國,宣布為LHC提供財政經(jīng)費(fèi)。 日本文部省大臣向CERN總負(fù)責(zé)人贈送了一個達(dá)摩娃娃。根據(jù)日本的傳統(tǒng),繪上娃娃的第一只眼睛標(biāo)志著LHC計劃的開始,而另一只眼睛要在完工時分畫上去。 10月:LHC的技術(shù)設(shè)計報告發(fā)表。文件中詳細(xì)描述了未來加速器的操作和建筑情況。
1996年: 2月:首項(xiàng)技術(shù)提議提出后的4年,CMS與ATLAS實(shí)驗(yàn)設(shè)施正式批準(zhǔn)。 3月:印度為LHC的建造提供了財政支持。 12月:加拿大宣布為LHC提供財政支持,美國的參與合作協(xié)議確定。
1997年: 2月:LHC主雙極磁體模型被放入未來加速器的隧道中,模型長15米。 2月:ALICE實(shí)驗(yàn)設(shè)施正式批準(zhǔn)。ALICE是重復(fù)利用LEP的L3磁體實(shí)驗(yàn)設(shè)備,旨在研究夸克—膠子漿,這樣的物態(tài)存在于宇宙最初的時刻。 12月:美國簽署協(xié)議,參與LHC計劃,特別是為加速器提供超導(dǎo)磁體。 12月:第一塊15米長的雙極磁體原型從意大利研究所INFN運(yùn)送到CERN,磁體是組成LHC的核心元件。
1998年: 4月:ATLAS實(shí)驗(yàn)設(shè)施的土木工程建設(shè)開始。 6月:第一塊理論長度15米的原型磁體順利測試,磁場強(qiáng)度達(dá)到了8.3特斯拉,也就是LHC的工作場強(qiáng)。 8月:法國政府頒布了LHC公眾效用的政令,最終為土木工程建設(shè)的啟動開了綠燈。最終的批準(zhǔn)是環(huán)境影響研究和公眾信息游說的結(jié)果。 8月:CMS實(shí)驗(yàn)設(shè)施的土木工程建設(shè)開始。 9月:LHCb是為LHC批準(zhǔn)的第四項(xiàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)施。該實(shí)驗(yàn)將研究CP破缺現(xiàn)象,這可以解釋為什么宇宙中的物質(zhì)對反物質(zhì)占據(jù)絕對性的優(yōu)勢。 12月:在經(jīng)過4年的運(yùn)行之后,LHC的第一個測試環(huán)停止工作。
1999年: 2月:ATLAS環(huán)狀磁體系統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)始于超導(dǎo)導(dǎo)線的生產(chǎn)。這是世界上最大的環(huán)狀磁體系統(tǒng)。 4月:傳輸線路的第一塊磁體從俄羅斯運(yùn)到。傳輸線路由540塊磁體組成,作用是將粒子束從超級質(zhì)子同步加速器(SPS)傳送到LHC。 6月:隧道挖掘機(jī)運(yùn)抵CERN,其作用是挖掘一條連接SPS和LHC加速器的傳輸隧道。 6月:保加利亞成為CERN的第20個成員國。 8月:LHC的探測器元件陸續(xù)抵達(dá)。 11月:CERN與俄羅斯莫斯科的國際科學(xué)技術(shù)中心簽署了合作協(xié)議,以將軍事研究轉(zhuǎn)化為和平用途。LHC的相當(dāng)一部分設(shè)備和實(shí)驗(yàn)儀器都是在此協(xié)議的框架下制造的,其中包括CMS的鎢酸鉛晶體。
2000年: 2月:LHC的第一個元件越過大西洋,運(yùn)抵CERN。它是由美國特別提供資金支持的。 3月:LHC的第一段短直管路(Short Straight-Sections)通過了滿負(fù)荷測試。420段短型直管路中裝有四極磁體,可以聚焦粒子束。 11月:世界上最大的粒子加速器——LEP停止運(yùn)轉(zhuǎn)。為了給LHC騰出周長27公里的隧道空間,它必須被拆除。 11月:LHC的1232塊主雙極磁體中的第一塊運(yùn)抵CERN。 11月:CMS的第一個磁體箍環(huán)建成,直徑15米。 12月:CERN大型加速器LEP的拆除工作開始。需要運(yùn)走的東西重4萬噸。
2001年: 1月:歐洲數(shù)據(jù)網(wǎng)格計劃(EDG)問世,此時距離概念在美國安那波利斯提出已有2年。 2月:為LHC主磁體準(zhǔn)備的1200萬個鐵軛開始生產(chǎn)。鐵軛可以保證磁體的機(jī)械剛性。 3月:ATLAS電磁熱量計套筒的第一個模塊完成。這一子探測器由32個模塊組成,由銅導(dǎo)線和鉛吸收層交替排列。 5月:TI 2隧道挖掘完畢,這是用來從SPS向LHC傳輸粒子束的兩條隧道之一。 6月:ALICE就位!合作者開始為這一探測器的到達(dá)準(zhǔn)備洞窟。 6月:LHC傳輸線路的540塊磁體的最后一塊運(yùn)抵CERN。LHC傳輸線路會將粒子束從SPS加速器傳輸?shù)絃HC。 8月:為LHC特別修建的4個大型洞窟完成一個。這一洞窟長62米,寬20米,功能是ATLAS的維護(hù)廳。 9月:ATLAS的中央螺線管磁體從日本運(yùn)到。它的重量是5.5噸,可以提供的磁場強(qiáng)度為2特斯拉,用于測量內(nèi)探測器中的帶電粒子動量。 9月:CERN委員會批準(zhǔn)了LHC計算機(jī)網(wǎng)格計劃的第一階段。 10月:超導(dǎo)磁體的第2測試線路達(dá)到了理論值11850安培。2號線路如其名,是一并測試所有磁體系統(tǒng)的。 10月:SPS的第二條也是最后一條傳輸隧道與LHC隧道接通。在進(jìn)入LHC彼此對撞前,粒子束會在SPS加速器中繞行。 11月:在LEP空蕩蕩的隧道里,勘測人員開始了為期兩年的工作,以確定LHC所有組件的位置。 12月:CERN將主雙極磁體的大規(guī)模生產(chǎn)工作承包給工業(yè)界,后者將生產(chǎn)1250塊磁體,其中包括備用件。這是技術(shù)轉(zhuǎn)移的范例,CERN向工業(yè)界提供生產(chǎn)磁體所需的設(shè)備和培訓(xùn)。
2002年: 2月:首塊八極修正磁體運(yùn)抵CERN。除1232塊用于使質(zhì)子運(yùn)動軌跡彎曲的雙極磁體和400塊聚焦用的四極磁體外,LHC還要安裝約5000塊修正磁體。 2月:LEP的最后一部分運(yùn)上了地表。在為期14個月的拆除過程中,有4000噸物品從27公里長的隧道中拆下。 3月:ALICE時間投影室的4個圓柱體結(jié)構(gòu)運(yùn)抵第1個,這是該探測器的核心元件。 3月:ATLAS螺線管磁體系統(tǒng)的一系列特殊貨物運(yùn)輸開始。巨大的包裝和線圈來自德國、荷蘭、意大利和西班牙。 6月:ATLAS的洞窟挖掘完成。兩年的施工挖出了世界上最大的實(shí)驗(yàn)用洞窟,寬35米,長55米,高40米! 8月:ALICE質(zhì)子譜儀的首批500枚晶體從俄羅斯北部運(yùn)抵CERN。 8月:CERN頒發(fā)了首屆“金強(qiáng)子”獎,授獎對象是LHC的最佳供應(yīng)商。 10月:CMS磁體巨大的紅色箍環(huán)完工。它是由7000噸鋼鐵制成的!
2003年: 1月:LHCb實(shí)驗(yàn)的組裝工作開始,兩塊實(shí)驗(yàn)用線圈磁體放入地下的實(shí)驗(yàn)區(qū)域。 1月:美國制造的第一塊LHC磁體運(yùn)至CERN。在其對LHC特別贊助的框架下,美國須提供約20塊特制的超導(dǎo)磁體。 2月:360塊主四極磁體的大規(guī)模生產(chǎn)開始。 2月:傳輸線路開始安裝。它由700塊磁體組成,將把粒子束從現(xiàn)有的加速器鏈傳誦到LHC。 2月:ATLAS電磁熱量計完工,裝入低溫器中。 3月:整個LHC計劃的最后一立方米土方挖掘完畢,標(biāo)志著新加速器的挖掘工作完成。 5月:以幾小時內(nèi)每秒傳輸1.1G數(shù)據(jù)的速度打破了用磁帶機(jī)備份數(shù)據(jù)的記錄。 6月:創(chuàng)造了數(shù)據(jù)傳輸記錄。在僅僅一小時的時間內(nèi),1T數(shù)據(jù)從CERN傳輸?shù)搅?0000余公里外的加州,速度是每秒2.38G。這相當(dāng)于一小時內(nèi),在地球赤道周長1/4的距離上傳輸了200部DVD影片。 6月:瑞士聯(lián)邦總統(tǒng)為ATLAS的巨型洞窟舉行了落成儀式。 10月:加速器的第一段短直管路組裝完畢,并順利通過了早期測試。管路內(nèi)裝主四極磁體和修正磁體。 10月:LHC龐大的32噸主磁體所需的800個支持系統(tǒng)從印度運(yùn)抵。印度自2002年12月起成為CERN的觀察員國,也是為LHC計劃提供支持的非成員國之一。 11月:ATLAS踏足進(jìn)入洞窟。探測器的安裝始于18個巨足的安裝,其中每個高5米。它們將支撐起重6000噸的探測器。 12月:154塊主雙極磁體運(yùn)抵CERN,足以圍成1/8的圓周了,這也是加速器的1/8。 12月:8臺4.5開(零下268.6攝氏度)冷卻裝置的最后一臺運(yùn)抵,這是低溫系統(tǒng)的核心部分。為了讓超導(dǎo)磁體工作,LHC必須致冷到零下271攝氏度。
2004年: 3月:ATLAS襯瓦強(qiáng)子熱量計的中心筒下部放入了ATLAS的洞窟中。這是探測器工作部件中第一個放入地下的。 3月:LHC磁體所需的超導(dǎo)導(dǎo)線已生產(chǎn)了一半。 3月:LHCb磁體線圈完全裝入實(shí)驗(yàn)洞窟中。 4月:歐洲推出了EGEE(啟動信息化科學(xué)網(wǎng)格,Enabling Grids for E-sciencE)計劃。CERN是其合作者,資金由歐盟委員會提供,其主要目標(biāo)是構(gòu)建世界性科學(xué)計算網(wǎng)格的基礎(chǔ)。 6月:LHC磁體測試設(shè)施完工。它裝備有12個測試臺,必須在工作溫度(零下271攝氏度)上測試所有的超導(dǎo)磁體。 8月:ATLAS已完工的“切片”首次使用SPS的粒子束進(jìn)行測試,它由每一種子探測器組成。 9月:9月29日,CERN慶祝了50年誕辰。2004年的標(biāo)志就是實(shí)驗(yàn)室金色50年的慶典活動。 9月:預(yù)計為LHC提供粒子源的SPS加速器打破了強(qiáng)度記錄:50萬億個質(zhì)子在7公里長的環(huán)路內(nèi)加速。 10月:從SPS到LHC的新傳輸線路成功通過了測試。一束粒子通過了連接兩臺加速器的2.5公里長傳輸線路,線路距離LHC隧道只有幾米。 10月:ATLAS開始安裝磁體系統(tǒng)。 10月:首臺LHC超導(dǎo)無線電頻率腔模塊全功率通過了最后的測試。模塊內(nèi)載有震蕩的電場,可以讓質(zhì)子沿LHC環(huán)路加速。 11月:LHCb的磁體達(dá)到了理論場強(qiáng)。
2005年: 1月:在2004年底完成組裝后,ALICE的μ子譜儀的雙極磁體在地下實(shí)驗(yàn)大廳中成功進(jìn)行了測試。 2月:CMS洞窟竣工,標(biāo)志著LHC的土木工程建設(shè)完成。這座長53米、寬27米、高24米的大廳埋在地下100米深的地方,建設(shè)花費(fèi)了6年時間。 2月:ATLAS躍遷輻射筒式探測器(ATLAS Transition Radiation Barrel Detector)完工,將安裝在實(shí)驗(yàn)設(shè)施的中心。 3月:巨大的CMS磁體線圈完工,長12.5米,直徑6米,重230噸。 3月:1232塊雙極超導(dǎo)磁體中的第一塊放入LHC隧道。它的最終就位標(biāo)志著LHC組裝工作的開始。 3月:半數(shù)即616塊雙極磁體運(yùn)抵CERN。 3月:LHC計算機(jī)網(wǎng)格分布在31個國家的100個中心內(nèi),需要滿足巨大的存儲和數(shù)據(jù)處理需要。這是最大的國際科學(xué)計算網(wǎng)格。 4月:一臺低溫單元首次被冷卻到1.8開(零下271攝氏度)。這是LHC的工作溫度。 4月:計算機(jī)網(wǎng)格的新里程碑:10天內(nèi),8個數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行了持續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸,數(shù)據(jù)流速度每秒600兆字節(jié)。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總計500 T字節(jié),如果用每秒512千比特的網(wǎng)絡(luò)速度傳輸,需要花費(fèi)250年。 4月:ALICE合作組挪開了實(shí)驗(yàn)設(shè)施軛環(huán)頂上的μ子譜儀雙極磁體。這一工作需要把900噸設(shè)備從18米高的地方移走。 5月:加速器的兩塊磁體首度互相連接。為完成LHC的1700處連接,需要進(jìn)行12300次操作。 7月:LHCb的電磁強(qiáng)子熱量計就位,它由兩面相對的墻體組成,每面高6米,長7米。 8月:LHC的磁體已運(yùn)抵1000塊,其中包括800塊雙極磁體和200個短直管路。 8月:ATLAS環(huán)狀磁體8個25米螺線管的最后一個安裝完畢,標(biāo)志著龐大的探測器磁筒組裝完成。 8月:ATLAS筒形襯瓦熱量計使用宇宙線觸發(fā)器在地下記錄了第一個事件,這是探測器入役流程的組成部分。 9月:在令人難忘的滿負(fù)荷操作后,重230噸的CMS螺線管磁體裝入了低溫室。 10月:LEIR的第一束信號!該環(huán)路是注入鏈的重要連接部分,將在2008年為LHC的實(shí)驗(yàn)提供鉛離子。 11月:自8月組裝完成以來,LHCb兩臺切倫科夫探測器中較大的一臺運(yùn)至并放入洞窟內(nèi)。這一設(shè)備高約7米,長10米,寬2.5米,由28片薄型玻璃鏡組成。 12月:LHC低溫分配線路(Cryogenic Distribution Line)的一部分整體入役,長度3公里。 12月:CMS首次探測到“真實(shí)”粒子。業(yè)已完工的一間μ子室探測到了宇宙線。
2006年: 2月:新的CERN控制中心投入使用,這里合并了所有加速器、低溫裝置和技術(shù)性基礎(chǔ)設(shè)施的控制室。LHC將從這里控制。 2月:通過漫長而謹(jǐn)慎的工作,ATLAS內(nèi)探測器筒的三個組件之二(半導(dǎo)體追蹤器和躍遷輻射追蹤器)組合到了一起。 2月:LHC小組成員慶賀加速器1232塊雙極磁體中第1000塊的到來。 3月:巨大的CMS螺線管磁體冷卻到了工作溫度,也就是零下269攝氏度。 3月:CMS追蹤器裝入實(shí)驗(yàn)設(shè)施的μ子室,首次記錄了宇宙線事件。 6月:ALICE在宇宙芭蕾舞劇中登場,它的主粒子追蹤系統(tǒng)(也是世界上最大的時間投影室)首度探測到了來自太空的粒子。 6月:LHC定于2007年底啟用,開始兩個月在0.9 TeV的能量上測試加速器和探測器,為2008年春季開始的14 TeV全功率運(yùn)轉(zhuǎn)做準(zhǔn)備。 7月:CMS開始了宇宙線挑戰(zhàn),這將測試一部分探測器,其中要使用所有子探測器,并開啟磁體。 8月:LHC的第6項(xiàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備正式批準(zhǔn)。LHCf(大型強(qiáng)子對撞機(jī)前進(jìn))將用于研究加速器對撞過程中產(chǎn)生的“前行粒子”。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以報告給宇宙線研究。 9月:第1000塊超導(dǎo)“低溫磁體”裝入LHC隧道。為建成加速器,總共需要安裝1746塊各式低溫磁體,其中1232塊是藍(lán)色的雙極磁體。 9月:CMS設(shè)備的螺線管磁體達(dá)到了4特斯拉的最大磁場強(qiáng)度。這是世界上最大的超導(dǎo)螺線管磁體,是用直徑約6米、長13米的超導(dǎo)螺線管線圈制成的。其儲存的25億焦耳能量足以熔化18噸金。 10月:世界上最大的制冷設(shè)備完工。27公里長的低溫分配線路位于LHC隧道內(nèi),可以讓氦在液態(tài)和氣態(tài)之間循環(huán),為加速器的超導(dǎo)磁體提供低溫工作環(huán)境。 11月:CMS實(shí)驗(yàn)裝置的前3組探測器放入實(shí)驗(yàn)洞窟中。一共有15組探測器,每組需要花費(fèi)10小時才能放到地下100米深處。 11月:ATLAS設(shè)施的筒狀螺線管磁體通上了最大電流。這是迄今最大的超導(dǎo)磁體。磁場強(qiáng)度達(dá)到了4特斯拉的理論值,電流強(qiáng)度21000安培。 11月:LHC的磁體生產(chǎn)完成。1624塊主超導(dǎo)磁體中的最后一批運(yùn)抵CERN,磁體包括1232塊長15米的雙極磁體,其作用是粒子束導(dǎo)向;另有聚焦粒子束用的392塊四極磁體,長5至7米不等。
2007年: 2月:ALICE的時間投影室運(yùn)至實(shí)驗(yàn)洞窟。 2月:CMS探測器最大的一個部分被引人注目地放入了實(shí)驗(yàn)洞窟中,其質(zhì)量相當(dāng)于5架大型噴氣式飛機(jī)(19200噸)。 3月:62960塊晶體中的最后一塊被發(fā)送,它們將用于CMS的電磁熱量計筒。這些由俄羅斯和中國生產(chǎn)的鎢酸鉛晶體比鐵還要重,但卻象玻璃一般透明。 4月:加速器的第8段冷卻到2開爾文(零下271攝氏度)以下,這比外太空的溫度還要低。長3.3公里的“7-8段”成為世界上最大的超流氦制冷超導(dǎo)裝置。 5月:最后一塊超導(dǎo)磁體被放入地下。 6月:ATLAS的史詩之旅結(jié)束,引人入勝的最后旅程是放下兩塊端蓋環(huán)型磁體。每塊端蓋直徑13米,重240噸。 6月:LHC長度3.3公里的完整一段被冷卻到零下271攝氏度,首次通電。 7月:CMS安裝了電磁熱量計筒36個超級模塊中的最后一個。 7月:接入LHC的生物統(tǒng)計控制系統(tǒng)建成。虹膜識別裝置將確保加速器及特定走廊的安全性。 10月:ATLAS慶祝了最后一個“巨輪”的安裝,這是它的端蓋。 10月:在CMS洞窟中舉行了美國費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室LHC與CMS遙控中心的在線落成儀式。 10月:LHCb最易毀損的探測器——VELO追蹤器成功地安置在了實(shí)驗(yàn)設(shè)施的中心。 11月:LHC各段之間的連接工程完工。 11月:來自SPS的鉛離子束首次在靠近LHC的傳輸線路中得到。 12月:世界上最大的硅追蹤器——CMS追蹤器安裝到了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的中心部位。 12月:安裝電磁熱量計的支持結(jié)構(gòu)與小型空間框架。ALICE的重型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)就位。
2008年: 1月:CMS的最后15片放入洞窟,為在100米深的地下洞窟中為期15個月的安裝工程畫上了句號。 2月:ATLAS探測器安裝的最后一個實(shí)驗(yàn)裝置放入洞窟中。這一直徑9.3米、重100噸的小輪讓實(shí)驗(yàn)設(shè)備的μ子探測器完工。 3月:來自俄羅斯與中國的最后一批晶體運(yùn)抵,它們將被用于CMS的電磁熱量計。此時距離1998年第一批晶體運(yùn)至CERN已有10年。這些晶體的用途是完成CMS電磁熱量計的端蓋。 4月:4月5至6日的開放日吸引了76000名游客參觀CERN。這是在加速器啟動前,讓公眾參觀隧道、發(fā)現(xiàn)LHC以及4項(xiàng)大型實(shí)驗(yàn)的一次機(jī)會,也是唯一的機(jī)會。 6月:CMS與ATLAS在中心區(qū)域安裝了波束管,完成了LHC環(huán)路。 7月:進(jìn)行對撞的波束管投入使用。在54公里長的波束管中,是類似月球僅存大氣一般的真空。 8月:長度27公里的LHC達(dá)到了實(shí)驗(yàn)所需的零下271攝氏度。這只比可能的最低溫度——絕對零度高上兩度。運(yùn)轉(zhuǎn)需要10000余噸液氮進(jìn)行第一步冷卻,然后還需要150噸液氦完全填充磁體。 8月:粒子首次在LHC中環(huán)行。兩束由CERN加速器鏈加速的粒子在LHC中沿相反方向運(yùn)行。其中的一束粒子如下圖所示。 即將踏上征途。 |
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