1970年我們養貂來清理管道：粒子加速器的10個八卦
（Sarah Witman/文，Fymanon/譯）現在，歐洲核子研究中心（CERN）的大型強子對撞機（LHC）已經逐漸進入了流行文化：囧司徒（Jon Stewart）在《每日秀》里開它的玩笑；在《生活大爆炸》里，謝耳朵表示它曾是自己的夢想；小說《天使與魔鬼》中，邪惡勢力還從這裡竊取了虛構的「反物質」。
雖然知名度不斷提高，但粒子加速器仍有許多不為人知的秘密。在此，《對稱》（symmetry）雜誌就整理出了10項你可能不知道的有關於粒子加速器的小知識。
1.世界上正在運作的加速器超過30000台
加速器遍布各地，從事各種各樣的工作。它們最為人熟知的一面是在粒子物理科研中的作用，不過這些加速器還可以在其他很多領域發揮作用。比如，它們可以產生破壞腫瘤的射線來治療癌症（醫用直線加速器會加速電子，併產生高能X射線用於腫瘤放射治療），通過殺菌來避免食物性疾病（一種輻照滅菌系統也用到了電子加速器），改良高分子材料的性能，並幫助科學家們開發效率更高的車輛引擎。
2.世界上最長的現代建築之一就是為粒子加速器而建的
直線加速器是在一條直線上加速粒子的設備。一般來說，直線加速器建得越長，粒子碰撞就越猛烈。斯坦福直線加速器中心（SLAC）國家加速器實驗室坐落於舊金山附近，這裡擁有全球最長的直線加速器。
SLAC直線加速器的坑道本身建在地下，而它的調速管走廊則建在地上，這個部分就是全世界最長的現代建築之一。調速管走廊位於加速器的上方，這裡安置了給加速器提供動力的裝置。它的整體長度差不多有3千米，加速器實驗室的員工們每年都會在這裡舉辦沿著它賽跑的活動：
3.斯蒂芬?霍金認為，粒子加速器是人類擁有的最接近時間機器的設備
2010年，理論物理學家斯蒂芬?霍金為英國《每日郵報》撰稿，闡釋了時間旅行的可行性。他指出，建造時間機器所需的是一個像粒子加速器那樣可以加速人類的機器。
如果有一個與大型強子對撞機（LHC）性能相當的「人類加速器」，可以使乘客的速度接近光速的話，根據狹義相對論，對於同一段時間，機器之外的人覺得過了好幾年，但加速器內的乘客會感到只經過了幾天。當他們結束這次加速旅行時，會比其他人年輕許多。
當然，霍金並沒有建議人類真的去製造這樣一台機器。但他指出了現在已經發生的一種「時間旅行」的表現方式。比如說，π介子這種粒子在正常情況下壽命很短，不到百萬分之一秒（譯者註：更確切的說法是千萬分之一秒，π介子的平均壽命為26納秒）就會衰變。但是，當被加速到接近光速時，它們的壽命會大幅增加。這些粒子看起來就像是進行了「時間旅行」，至少相對於其他粒子來說，它們的時間「過得更慢了一些」。
4.人類所能達到的最高溫度記錄是在粒子加速器中創造的
2012年，布魯克海文國家實驗室創下了一項吉尼斯世界紀錄。這裡的研究者們在相對論重離子對撞機中達到了人為製造的最高溫度——大約4萬億攝氏度。不過，科學家們在這個實驗室里所做的事情可不是簡單地把物體加熱，而是創造了少量的夸克-膠子等離子體。夸克-膠子等離子體是一種物質狀態，物理學家認為，宇宙誕生之初的短暫時間內物質就處於這種狀態下。這種狀態下的溫度非常之高，以至於最基本的粒子之一——夸克都互相分離，變成了一鍋「粒子湯」，而一般情況下自然界中存在的夸克都與其他夸克緊緊結合在一起。
此後，歐洲核子研究中心（CERN）的科學家們利用LHC也得到了夸克-膠子等離子體，並獲得了更高的溫度。
5.大型強子對撞機的內部比外太空還冷
大型強子對撞機中要用到超導磁鐵，而為了讓電磁鐵變身超導體，就需要將它們冷卻至超低溫。LHC是世界上最大型的超低溫系統，它的工作溫度是-271.3℃（1.9K）。這裡是地球上最冷的地方之一，甚至比外太空溫度還要低一些——外太空的溫度穩定在-270.5℃左右。
6.宇宙中自然「粒子加速器」的力量比地球上的任何人造物都大
人類在地球上建造出了一些著實令人驚嘆的粒子加速器。但是，要說到使粒子獲得高能量，沒有任何人造的粒子加速器能比得過大自然的力量。
人類觀測到的高能宇宙射線中，能量最高的是一個質子，它被加速到了3x1020電子伏特。銀河系中沒有任何已知的地方能夠完成這樣高能的加速過程。恆星爆炸後產生的衝擊波對粒子的加速效果比任何人造加速器都強，但即使是這樣它也沒有足夠大的能量使質子加速到那樣的程度。科學家們現在仍在研究這種超高能宇宙射線的起源（相關閱讀：「額滴神」粒子）
7.粒子加速器不僅僅加速粒子，還使它們的質量變得更大
愛因斯坦在（狹義）相對論中預言，任何具有質量的粒子，其速度都不能超過光速 . 即便有再多的能量加到一個有質量的物體上，都不能使其達到光速極限。
在現代加速器中，粒子被加速後能夠非常接近光速。例如，費米國家加速器實驗室的主注入器能使質子加速到0.99997倍光速。當速度離光速越來越近時，提高粒子動能所消耗的加速器能量會不斷增加。
愛因斯坦告訴我們，一個物體的能量等於其質量乘以光速的平方（E=mc2），增加粒子能量實際上也增加了粒子的質量。換句話說，能量E越多，質量m也就越大。對於一個有質量的物體，當它的速度不斷接近（但不會達到）光速時，它的質量會越來越大。
8.第一個環形加速器的直徑不到5英寸
1930年時，受到挪威工程師羅爾夫?維德羅（Rolf Wider?e）的工作啟發，年僅27歲的物理學家厄內斯特?勞倫斯（Ernest Lawrence）和他的學生利文斯頓（M. Stanley Livingston）在加州大學伯克利分校製造了第一台粒子回旋加速器。這個加速器腔室的直徑不到5英寸（5英寸為12.7 厘米），能把氫離子加速到80000電子伏特。
1931年，勞倫斯和利文斯頓開始製造一台11英寸的加速器。這台設備能把質子加速到1MeV（1x106eV）. 當利文斯頓用電報向勞倫斯彙報時，還在最後加上了「噢耶」（「Whoopee!」）表示興奮之情。勞倫斯又繼續製造了更大的粒子加速器，並成立了勞倫斯伯克利以及勞倫斯利福摩爾實驗室。
此後，粒子加速器經歷了很長的發展階段，目前它們能產生的粒子束能量遠遠超出了最初預計的極限。歐洲核子研究中心的大型強子對撞機，直徑超過了5英里（8千米）。經過這一年的升級優化，LHC將能夠把質子加速到6.5 TeV（6.5x1012）的能量。
9.在1970年代，費米實驗室養了一隻貂來清理加速器
從1971年到1999年之間，費米實驗室中的介子實驗室是高能物理實驗最關鍵的一部分。我們所處的整個宇宙依靠基本作用力維繫，為了對基本作用力獲得更深入的了解，科學家們開始研究介子和質子，它們是比原子更小的粒子。操作員在將粒子束從加速器輸送到介子實驗室時，需要通過埋在地下的幾英里長的真空管道。
在開始傳輸粒子束之前，為了清理這些長長的管道，這個實驗室請來了一位外援——一隻名叫費莉西婭（Felicia）的寵物貂。
貂喜歡穴居，它們很擅長在洞穴中爬行，這個特性使它成為了完成這項工作的最佳候選。費莉西婭的任務就是用線拖著浸泡了清潔溶液的抹布，並從長長的管子當中穿過。
雖然費莉西婭的工作最終被經過特別設計的機器人替代了，但她在加速器的建設過程中發揮了無可替代的關鍵作用。而且，她所要求的報酬也很少，只要一點雞肝、魚頭以及漢堡肉之類的食物就可以讓她滿足了。
10.粒子加速器出現在意想不到的地方
科學家們一般傾向於把大型粒子加速器建在地下。這能使它們避免撞擊、保持穩定性，而同時也使它們不容易被人找到。
比如說，當人們駕駛汽車行駛在加利福尼亞州北部的280號州際公路上時，他們可能不會意識到SLAC國家加速器實驗室的主加速器就在自己的正下方運作著。
而在瑞士-法國交界處的鄉村，居民們就生活在全世界能量最高的粒子對撞機LHC的正上方。
數十年來，康奈爾大學的運動隊員們一直在羅賓遜校友球場（Robison Alumni Fields）上進行著足球、橄欖球、長曲棍球等各種比賽，而這個球場就位於康奈爾電子儲存環（CESR）正上方的40英尺（約12米）。科學家們利用環形粒子加速器研究粒子束，並為生物、材料科學及物理實驗提供了X射線。（編輯：窗敲雨）
圖片作者：Sandbox Studio, Chicago審稿：LePtC
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