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2013-12-01親身體驗史上最大物理實驗—CERN OPENDAYS
528 期
Author 作者
曾琬迪／前科學月刊主編。
歐洲核子研究組織在發現希格斯粒子之後，首次打開大門，讓我們一探究竟！
2012年7月4日，歐洲核子研究組織（CERN）首次公開發表「希格斯粒子」的發現，50年前提出希格斯機制的希格斯和盎格列都受邀入席。當緊湊緲子螺管探測器（Compact Muon Solenoid, CMS）和超導環場探測器（A Toroidal LHC Apparatus, ATLAS）兩個團隊先後公布成果，希格斯老先生當場老淚縱橫：「對我來說，這真是難以置信。這一切竟然會在我有生之年發生。」
而讓這一切得以發生的， 正是CERN的大強子對撞機（Large Hadron Collider, LHC），以及數千名在此努力不懈的物理學家和工程師。
LHC這個名詞從五年前開始廣為人知，2008年9月10日是它第一次試運轉成功，在周長27公里的超大環形加速器中，兩道質子束成功地完成繞行——這個人類史上最昂貴的科學儀器，真的可以實際運作！消息一出，馬上攻占世界各大媒體版面，據CERN的媒體公關部表示，這也是它們的網站流量第一次超越美國航太總署（NASA）。
今年3月，CERN終於正式宣布，先前探測到的新粒子確認是希格斯玻色子，LHC至此暫時功成身退，依照原定計畫停機兩年進行升級，提升質子束至更高的能量等級，要到2015年才會重新啟動。
在LHC停機的這兩年，CERN也沒閒著，除了繼續分析海量數據，並為下階段做足準備，他們也決定打開大門，舉辦兩天CERN OPENDAYS，開放民眾參觀地下一百公尺深的LHC內部，親身體驗「大科學」的魅力。距離上次CERN開放民眾參觀，已經長達五年之久，而這次又是LHC發現希格斯粒子後首度開放，千載難逢的機會，讓科學愛好者趨之若鶩，甚至有業者籌畫了專門的參訪團。一名物理部落客，列出了十個你一定要去的理由：
一、錯過這次，你得再等五年！（LHC預定於2018年再度停機升級）
二、深入地下一百公尺，到達希格斯粒子首度被發現的地方。
三、親眼目睹讓LHC停機的關鍵裝置。
四、拍攝藝術家繪製的ATLAS巨型壁畫。
五、按下ATLAS控制中心的緊急警報按鈕。
六、參觀第一部WWW伺服器。
七、透過ALICE認識「夸克– 膠子漿」。
八、在展示中心的「未來椅」上放鬆一下。
九、想知道更多嗎？你可以直接詢問現場的粒子物理學家。
十、活動全部都是免費的，甚至還包含日內瓦的市區交通。
是不是很令人心動呢？不過瑞士畢竟有點遙遠，如果你沒能參與此次盛會，沒關係， 現在就讓我們一起瞧瞧CERNOPENDAYS有哪些精彩的內容吧。準備好了嗎？ Let’s go ！
「我們的宇宙是你的！」
CERN OPENDAYS在2013年9月28日、29日盛大展開，兩天的活動都是從早上九點到晚上八點。參與民眾可以免費搭乘日內瓦的公共交通設施，直接抵達主要活動會場——梅蘭（Meyrin）院區。雖然只有短短兩天，活動內容卻非常地豐富：CERN在9個區域安排了37個地面參觀點，40個不同主題的演講（共有224場次，英、法、德、義四種語言），而最令人興奮的，莫過於深入地底100公尺的地下參觀！
由於地下參觀有人數上的限制，所以必須先在網路上預訂門票才能參加。CERN從八月中開始，連續三週分期釋放門票，且只讓每個人登記一個場次，以確保所有人都有機會。門票釋出的方式也很有趣，網站會先預告你下次釋放的時間，是某一天當中的其中一小時，但在那一個小時內的釋放時間則是隨機的。筆者為了搶票，從預定時間前五分鐘就坐定電腦前，不斷重載頁面，最後總算如願以償，搶到了最想看的ATLAS地下參觀門票。
除了地下參觀之外，其他所有活動都是自由入場。你可以近距離和粒子物理學家交流，參觀他們工作的地方，像是世界網格運算的心臟——計算機中心，或是LHC的中樞神經系統——控制中心。你可以參觀加速器、反物質工廠、低溫和晶體實驗室，以及組裝超導磁鐵的巨型磁鐵設施。除此之外，CERN還準備了許多特別的活動，像是介紹LHC的3D電影、讓學童可以自己動手做的「趣味空間」、彷彿變魔術一般的「科學劇場」，還有13組樂團輪番上陣，讓你走累了可以坐下來聽聽音樂，享受科學與人文的交會。
這是一場盛大的科學展演，也是科學家和民眾同樂的嘉年華會。就像CERN OPENDAYS的口號「我們的宇宙是你的！」研究宇宙奧祕的CERN這兩天完全開放給民眾，前來參觀的每一個人，都是最重要的主角。
巨大的科學，真美！
由於CERN OPENDAYS的活動實在太過豐富，就算你待上兩天也沒辦法全部逛完。以下就挑選幾個重點主題，跟大家分享。
ATLAS 探測器
ATLAS探測器長46公尺，直徑25公尺，是LHC中最大型的探測器，也是有史以來最大的一個探測器。既然來到CERN，當然不能錯過ATLAS的地下參觀。
ATLAS探測器實在太過龐大，雖已使用廣角鏡頭，仍難以拍攝全貌。
地下參觀以12人為單位， 由一位CERN的研究人員親自帶領參觀。途中經過ATLAS控制中心大樓，可以欣賞到美國藝術家克里斯佛提（Josef Kristofoletti）所創作的大型壁畫，畫中描繪粒子在ATLAS探測器中碰撞的情形，繽紛的色彩充滿整個牆面，引人注目。雖想駐足欣賞，不過後面等著參觀ATLAS的隊伍還排得很長，我們只能加快腳步繼續前進。
通過一扇小門，我們進入一棟建築，裡面充滿了管線、鐵架，還貼了很多放射線警告的圖示。導覽員很貼心地拿出輻射偵測器，告訴我們現在是停機時期，所以不會偵測到任何輻射值，大可安心。接著我們經過一扇戒備森嚴的門，進入通往地下的電梯。
ATLAS探測器是以碰撞點為中心的一系列同心圓柱體設備所組成，主要分為三層探測設備，由內到外分別是：內部軌跡追蹤器（Inner Tracker）、量能器（Calorimeters）和緲子譜儀（Muon Spectrometer）。其中內外兩層還配備了磁鐵系統（如下頁圖示）。我們參觀時所在位置是在圖中左側小人下方的地面，因此只看得到緲子譜儀，不過光是如此，就足以讓人目瞪口呆說不出話來了。閃爍著金屬光澤的緲子譜儀，還有纏繞周圍的複雜管線，絕對比任何一個電影場景更震撼人心。
站在ATLAS探測器面前，導覽員向我們解釋眼前的儀器是探測器的哪個部分，整個探測器又是如何運作。他告訴我們ATLAS的磁鐵系統用的是超導磁鐵，由超導線圈構成，是一種很特殊的材料，不僅能產生巨大的磁場，也因為沒有電阻，維持磁場並不會消耗能量。不過要成為超導體卻有一個前提：磁鐵線圈必須冷卻到低於臨界溫度——攝氏零下271度。「我們已知宇宙最冷的溫度是零下270度，所以這裡是全宇宙最冷的地方。」導覽員笑著說。【更多內容請閱讀科學月刊第528期】