欧洲核子研究组织(CERN)70周年:组织的七大发现

二战结束后,欧洲科学界一片废墟。为了扭转局面,法国物理学诺贝尔奖获得者路易·德布罗意设想汇集欧洲各国的智慧。通过建立一个欧洲核子研究组织(CERN),各国共同分担实验成本,从而推动区域基础研究的发展。经过几年的筹备,1954年9月29日,CERN正式成立,签署了相关公约,其中包括德国、意大利、南斯拉夫等创始成员国,在一定程度上标志着翻过战争这一页。

很快,CERN成为了一个拥有全球影响力的研究中心,将科学利益置于政治考量之上。这里聚集了来自不同国家的研究人员,包括美国和苏联的科学家,甚至在冷战期间也是如此。CERN的目标是理解物质的结构,探索其基本粒子及其作用力。通过对粒子的研究,CERN为基础物理学贡献良多。以下是CERN历时70年取得的七大重要成果:1957年:首次使用粒子加速器
CERN在1957年开始使用其首个粒子加速器。

在同步加速器(SC)中,科学家可以让粒子束在固定靶上碰撞,以分析其碰撞结果。1958年,CERN首次观测到π介子,这一粒子的衰变此前未曾被观察到,这为CERN赢得了国际声誉,并推动了对原子内部粒子相互作用的深入研究。1971年:首次质子-质子碰撞
为进一步研究,CERN在60年代设计了新的设备——交叉储存环(ISR)。

1971年1月27日,两个质子束首次碰撞,相对于单一粒子束对固定靶的碰撞,这种设计在质心能量上实现了能量的倍增。1973年:发现中性流
20世纪60年代中,数名科学家提出了关于弱中性流的假设。CERN开发了一个名为Gargamelle的重水室,通过检测中微子与其他粒子的相互作用,1973年7月,研究团队成功确认了中性流的存在。1983年:发现W和Z玻色子
W和Z玻色子是由弱作用力传递的基本粒子。

为了发现这些粒子,CERN对超级质子同步加速器(SPS)进行了改造,实现了质子和反质子的对撞。在这样的实验中,成功地发现了W玻色子(带电)和Z玻色子(中性),并因此荣获诺贝尔物理学奖。1989年:LEP启动
大型电子正子对撞机(LEP)投入使用,并对Z玻色子进行了深入研究。这一设备的运行进一步验证了粒子物理标准模型,并在2000年停用以腾出空间用于大型强子对撞机(LHC)的安装。2000年:

夸克-胶子等离子的证实
2000年2月,CERN重建了一种描述为宇宙在大爆炸后的最初微秒内的物质状态——夸克-胶子等离子。通过SPS加速器的高能重原子核碰撞,CERN完成了这一实验,并持续通过LHC进行进一步研究。2012年:发现希格斯玻色子
2012年,在LHC的实验中验证了1964年提出的有关希格斯玻色子的理论。

这一发现被誉为CERN的最大成功,也激发了对未来粒子对撞机(FCC)的筹备,计划于2040年代进入服务。同时间,现有的LHC将在2026至2028年进行升级,从2029年起,其高亮度版本(HL-LHC)将大大提高对撞性能,为更多发现铺平道路。