我“潜入”SERN内部了

前阵子去欧洲核子研究中心(CERN)访问,没错就是《石头门》里那个SERN的原型,也是丹布朗的小说《天使与魔鬼》里提到的那个生产反物质的研究机构。

封面图就是CERN内的旅馆旁边的一座印度政府送的湿婆跳舞像,传说湿婆的舞蹈伴随着宇宙的创生、维持和毁灭,所以也算是契合CERN的研究主题。不过前几年在这座湿婆像处曾发生过一些迷惑事件引起了很坏的社会影响,就是有一群神秘人半夜身着黑袍围着这座湿婆像进行“杀人活祭仪式”,然后拍成了视频在网上广为流传引发巨大的舆情。后来调查发现只是一些人的恶作剧,但据说在那之后CERN的门禁逐渐严格了起来。

其实CERN出于舆论的风口浪尖也不是第一次了,最早的时候是LHC刚准备运行时,经常有热心市民给CERN打电话,警告他们说LHC一旦开始粒子对撞实验,就可能会产生黑洞吞噬整个地球,后果将不堪设想。其实这种也算是空穴来风,如果看过我之前那篇关于《新·奥特曼》的文章的读者可能有印象,在一些额外维模型中LHC对撞的能量是有可能产生微型黑洞的。但是这并不代表对撞实验就有很大的风险,因为这些微型黑洞即便被产生出来,它们的寿命也极短,会很快蒸发成光子之类的一些基本粒子。实际上这种产生黑洞并蒸发的信号也是LHC搜寻的实验目标之一,只可惜至今也没有探测到。

狭义的CERN位于瑞士的日内瓦的郊外,出门走几步就能穿过国界线走到法国,他们的行政办公楼基本都在这一块。而广义的CERN则横跨瑞士和法国,基本上整个大型强子对撞机(LHC)圆环内都算他们的地盘。

CERN门前的有轨电车道
(CERN门前的有轨电车道)

在日内瓦坐有轨电车到 Meyrin, CERN 站就可以到CERN门前了,马路的两侧都属于CERN,一侧是他们的行政中心、食堂、旅店等主要设施,另一侧则是一个球形科普展览厅(见下图)以及ATLAS探测器所在的区域。

科普展览厅Globe
(科普展览厅Globe)

如果有工卡或者是有预约这里的科普导游的话,就可以进这片区域去参观ATLAS实验的控制室。在控制室外有专门的展览室是做科普的,然后这里还摆着一个巨大的ATLAS乐高积木模型。

控制室附近某厂房的墙上画着巨大的ATLAS探测器侧视图,莫非ATLAS探测器就在这个的地下?
(控制室附近某厂房的墙上画着巨大的ATLAS探测器侧视图,莫非ATLAS探测器就在这个的地下?)
控制室对面放着一个这样的环形结构,虽然没有说明但看形状猜测是ATLAS同款环形磁铁。
(控制室对面放着一个这样的环形结构,虽然没有说明但看形状猜测是ATLAS同款环形磁铁。)
从展览室可以透过玻璃墙看到ATLAS控制室内部。控制室中的大屏幕是用于监控探测器的运行情况,不过由于最近LHC没有在运行,所以没什么人来值班。只有一名安全员按照规定是一定要在里面值班的。
(从展览室可以透过玻璃墙看到ATLAS控制室内部。控制室中的大屏幕是用于监控探测器的运行情况,不过由于最近LHC没有在运行,所以没什么人来值班。只有一名安全员按照规定是一定要在里面值班的。)
展览室中还放置了一座乐高积木堆出来的ATLAS探测器,完成于2013年,也就是Higgs和Englert获得诺贝尔奖的那一年,积木上有两位诺奖得主的签名。
(展览室中还放置了一座乐高积木堆出来的ATLAS探测器,完成于2013年,也就是Higgs和Englert获得诺贝尔奖的那一年,积木上有两位诺奖得主的签名。)

好像还没有介绍ATLAS探测器是什么,它是大型强子对撞机(LHC)中的一个探测质子-质子对撞产物的探测器,它从内到外有多层不同的探测器结构,基本上标准模型中除了中微子以外的粒子它都能探测得了,而且可以分辨出大多数粒子的能量、电荷量等基本性质。在LHC圆环上的另一侧还有个CMS探测器,基本上和ATLAS研究相同的实验对象,但它们是各自独立。如果出现了某些新的物理现象,只有当两个探测器都得到一致的结果的时候,才会被认为是真实的新发现。比如2012年时,两个探测器各自独立的探测到了Higgs玻色子,测量得到的质量也一致,相互作用强度也一致,而且再积累了一年的实验数据,到了2013年该粒子信号的显著性继续提高了,人们才确信这次真的探测到了Higgs玻色子,2013年的诺贝尔奖才放心地颁发给了理论提出者 Higgs 和 Englert。

电车道的另一侧可以进入CERN的行政、办公和生活中心,一般游客要进入只能从Reception那个门由导游带入参观,而且需要预约。如果是在CERN内的工作人员,则可以直接刷卡从旁边的小门直接进入。进去之后就会发现CERN内的道路都是用物理学家命名的,下面是我随便拍的几张,其他你能想到的大物理学家命名的路基本上都能找到。

在湿婆像的旁边是ATLAS, CMS等实验的行政办公楼,实验的秘书处就在这里。

实验行政楼中CMS一侧的墙上画着巨大的CMS探测器截面图。
(实验行政楼中CMS一侧的墙上画着巨大的CMS探测器截面图。)
一楼摆着的ATLAS探测器模型
(一楼摆着的ATLAS探测器模型)
一楼摆着的LHCb探测器模型
(一楼摆着的LHCb探测器模型)
一楼摆着的ALICE探测器模型
(一楼摆着的ALICE探测器模型)
探测器模型旁陈列着一些该探测器中的部分探测元件样品。
(探测器模型旁陈列着一些该探测器中的部分探测元件样品。)

如果再往CERN的深处走,就可以走到他们的R2食堂附近的计算中心。作为万维网(www)的发源地,计算中心内自然有万维网的服务器。计算中心也有一些供游客参观的展览,比如门口挂着大大的T.B. Lee当年提出www的论文和技术文档。另外还有个柜子陈列过去和现在的对撞机实验所用到的计算和存储设备。由于对撞机实验每秒钟都会产生惊人的数据量,大多数数据是在探测器侧就通过所谓的trigger筛选了一轮,把大多数没太大用处的数据都扔了,但剩下的数据量依然惊人。现在使用的主要存储设备是磁带,没错,就是那个一卷一卷的磁带。磁带除了可以储存大的数据量外,它还比硬盘要稳定很多。如果用硬盘的话,以LHC的效率每天要损坏好几个,而硬盘一旦损坏就代表储存其中的数据就丢失了,一旦你的数据分析用到了这些数据,将来就无法重现数据处理的结果,那么就无法说服学术同行。所以LHC的主要存储设备使用的是更可靠的磁带,缺点是磁带的读取比硬盘麻烦很多。在reception处的纪念品商店还能买到一些十年前使用过的磁带,运气好的话你买到的那个磁带没准还存着一个Higgs粒子的事例数据哦(CERN也搞氪金扭蛋机?)。不过建议别买太多,听一个买过的朋友说他之前买了一堆磁带回去(十连抽?),回国过关安检的时候海关看到一堆神秘磁带如临大敌,好在他本身也是做粒子物理实验的,所以还能讲清楚这都是什么。你过关前最好也准备好能向对方解释清楚的讲稿。

计算中心门口展示的Tim Berners-Lee 提出万维网的相关技术文档(我电脑和网络技术白痴,不懂乱讲的)。
(计算中心门口展示的Tim Berners-Lee 提出万维网的相关技术文档(我电脑和网络技术白痴,不懂乱讲的)。)
计算中心门口展示的Tim Berners-Lee 提出万维网的相关技术文档(我电脑和网络技术白痴,不懂乱讲的)。
(计算中心门口展示的Tim Berners-Lee 提出万维网的相关技术文档(我电脑和网络技术白痴,不懂乱讲的)。)
一些过去用过的计算设备?
(一些过去用过的计算设备?)
编程的打孔纸带?
(编程的打孔纸带?)
一些我也不知道什么设备。
(一些我也不知道什么设备。)
存储设备,靠近屏幕的最左边那个方形的黑盒子就是现在也在使用的同款磁带。
(存储设备,靠近屏幕的最左边那个方形的黑盒子就是现在也在使用的同款磁带。)
计算中心里的服务器机房。远处右边那一柜就是万维网服务器。
(计算中心里的服务器机房。远处右边那一柜就是万维网服务器。)

看过丹布朗的小说《天使与魔鬼》的可能有印象,故事里的反派杀害了CERN的科学家并偷了些反物质出来,为了最后在梵蒂冈放一个大烟花。。。而CERN里还真有个反物质工厂,就在计算中心附近。据说《天使与魔鬼》的小说和电影把描述的过于高科技,实验室门禁都是什么视网膜验证之类的,但实际上当时并没有把门禁搞得这么复杂。后来可能是因为《天使与魔鬼》圣地巡礼的游客多了,CERN为了不要让他们太失望所以给实验室增设了视网膜验证。

反物质工厂
(反物质工厂)

CERN内还有个特色就是很多地方都贴了各种宣传海报,比如什么乒乓球赛的,支持LGBT的,跆拳道俱乐部的,还有各种学术会议的海报,很多海报设计得要么很艺术要么很geek。

食堂乒乓球桌上贴着的乒乓球赛广告。大意是说玻尔等大物理学家都打得一手好乒乓,所以打乒乓能称为大物理学家,快来加入吧。
(食堂乒乓球桌上贴着的乒乓球赛广告。大意是说玻尔等大物理学家都打得一手好乒乓,所以打乒乓能称为大物理学家,快来加入吧。)
一些学术会议的宣传海报。
(一些学术会议的宣传海报。)
这个虽然不是海报,而是呼吁大家不要往马桶里扔太多纸。下面有人用铅笔补了几句程序语言,我是电脑白痴,完全不懂。
(这个虽然不是海报,而是呼吁大家不要往马桶里扔太多纸。下面有人用铅笔补了几句程序语言,我是电脑白痴,完全不懂。)

CERN到了暑假也有很多不同方向的暑期学校,我去的时候正好在办一个关于散射振幅的暑期学校,所以就去蹭了几节课。

散射振幅暑期学校的某节课。散射振幅是近十几年兴起的一个领域,研究的是某些理论中粒子的散射振幅存在的规律,这些规律可以极大的简化更复杂的物理过程的振幅的计算。
(散射振幅暑期学校的某节课。散射振幅是近十几年兴起的一个领域,研究的是某些理论中粒子的散射振幅存在的规律,这些规律可以极大的简化更复杂的物理过程的振幅的计算。)

我在这里几乎每个工作日都在他们的R1食堂吃饭,至于味道嘛。。。我们知道LHC的一项科学任务就是研究所谓的heavy flavour physics,吃过这食堂做的饭菜就知道他们这方面研究应该取得了重大突破,每天做的饭菜都非常重口味,难吃程度直逼对撞机的高能程度。。。到最后我不敢吃别的了,只敢吃炸薯条和煎牛扒这种全世界都一个味的食物。要注意的是,我对CERN食堂的负面评价并不是源于东方人和西方人饮食习惯的差异,因为在这里的欧洲人(包括英国人)也觉得这的东西非常难吃。

黑暗料理之一,那个看起来像牛扒的东西吃起来完全不知道是什么味。后来听说这种玻璃碗的都是素菜,给素食者吃的。
(黑暗料理之一,那个看起来像牛扒的东西吃起来完全不知道是什么味。后来听说这种玻璃碗的都是素菜,给素食者吃的。)
最黑暗的料理,烤葱+不知道什么肉饼+猫砂状谷物。最后只能吃那个我为了保险起见而每顿都买的甜品。
(最黑暗的料理,烤葱+不知道什么肉饼+猫砂状谷物。最后只能吃那个我为了保险起见而每顿都买的甜品。)
最后几天我只敢吃这个。我上一次这么爱吃薯条可能还是小学的时候,这也是一种时间机器了。
(最后几天我只敢吃这个。我上一次这么爱吃薯条可能还是小学的时候,这也是一种时间机器了。)

除了日内瓦这边,我也去了法国那边的Prevessin site。LHC的控制室就在这边,如果有工卡的话可以直接进入这里的二楼会议室,然后透过会议室的玻璃可以看到一楼控制室内的情况(下面的第二张图)。注意远处柜子上陈列着的香槟空瓶,每次LHC开机然后束流对撞成功时他们都会开一瓶庆祝一下(半场开香槟?)。

LHC控制室二楼的会议室内。墙上有个图标注这LHC上的各试验点。
(LHC控制室二楼的会议室内。墙上有个图标注这LHC上的各试验点。)
从二楼可以透过玻璃看到控制室内部的情况。
(从二楼可以透过玻璃看到控制室内部的情况。)

Prevessin site里还有AMS实验的大本营。AMS探测器是一个放置在国际空间站上的alpha 磁谱仪,用于探测来自宇宙中的宇宙射线。领导实验的是华人诺尔奖得主丁肇中,在AMS的控制室里还能看到他的专座。控制室外放置了两个模型,一个是AMS探测器的,一个则是搭载AMS的国际空间站。

AMS实验的控制室。屏幕中写的那一串2开头的很长的数字就是当时AMS实验累计收集到的粒子事例数。其他屏幕是监控AMS的运行情况的。
(AMS实验的控制室。屏幕中写的那一串2开头的很长的数字就是当时AMS实验累计收集到的粒子事例数。其他屏幕是监控AMS的运行情况的。)
AMS-02探测器的模型。
(AMS-02探测器的模型。)
国际空间站的模型。
(国际空间站的模型。)

以上就是这次潜入SERN的部分见闻了。比较可惜的是现在不是LHC关机升级的时期,不然还可以到地下去看ATLAS探测器的真容。不过其实最近LHC是处于关机状态的,因为很不幸的在7月中旬的时候好像发生了一起事故导致液氦泄露,LHC不得不停机排查事故原因(叫你半场开香槟)。最近事故的原因也调查出来了,是非常LHC传统的事故:一棵大树倒了,压倒了为LHC供电的高压电线导致电压不稳,然后可能是导致部分设备低温出了问题导致液氦蒸发(物理)爆炸。之所以说是LHC传统,是因为就在几年前,曾有过一只石貂咬断了变压器的电线导致LHC大停电的事故。更早的时候,追溯到LHC刚建成运行的时候,也发生过一次液氮泄漏,当时好像是因为人为焊接没焊好导致的泄漏和引发的爆炸。这次的事故直接导致机器停摆差不多两个月,恐怕很难完成今年的质子对撞kpi了。我也只能安慰做实验的朋友看开点,这是少有的LHC实验中只考虑“树图”就能解决的问题(

CERN的正门外。
(CERN的正门外。)
CERN法国侧的某个小门外,很多高压电线杆,庵野秀明一定很喜欢这。
(CERN法国侧的某个小门外,很多高压电线杆,庵野秀明一定很喜欢这。)
分享到:

评论已关闭