世界上最大的粒子加速器經過三年的休息以增加其功率，大型強子對撞機(LHC)再次正式啟動。上周五，質子束在位于法瑞邊境的長隧道中再次開始循環。接下來的幾個月(最終)會是大型強子對撞機產生“新物理學”的那些月嗎?

大型強子對撞機于 2010 年投入使用，將質子(構成原子核的兩種粒子之一)加速到非常接近光速的速度，并使它們相互碰撞。巨大的探測器被放置在發生碰撞的地方，以捕捉所有由此產生的“碎片”——由于這些“碎片”本身就是亞原子粒子，這使得研究物質在無限小和非常大的能量下的行為成為可能. 正是這種碰撞在周五再次開始。它們目前出現在相對較低的能量下，但這些將逐漸增加，直到它們達到定于 6 月開始的“官方”實驗所需的水平。

大型強子對撞機已經有一個儲備充足的“狩獵名單”，這僅僅是因為它的設施中存在著希格斯玻色子，這是著名的“上帝粒子”，它為物質提供了質量，在 40 多個多年的努力。然而，盡管在那里產生了大量數據，但 LHC 迄今為止大多證實了物理學家所說的“標準模型”，粗略地說是粒子物理學和基本強度中已知的所有信息的總和。然而，我們知道標準模型是非常不完整的——例如，它沒有為暗物質和暗能量提供任何解釋，盡管它們構成了宇宙的大部分。所以一定有“新物理”存在于標準模型之外，

那么剛剛開啟的大型強子對撞機第三運行階段“Run 3”會是正確的嗎?Le Soleil與麥吉爾大學粒子物理學研究員 Brigitte Vachon 討論了這個問題，他是 ATLAS 實驗的一部分，該實驗是 LHC 探測器之一。

太陽：從大型強子對撞機開始，就一直計劃將功率從一次“運行”增加到另一次。但是，如果我們從一開始就知道在 13.6 太電子伏特(TeV，運行 3 期間將達到的能量)發生碰撞是可能的，那么為什么在運行 1 期間從 6.5 TeV 開始呢?為什么不立即嘗試 13.6 TeV?

Brigitte Vachon： LHC 最初的設計目的是在 14 TeV 發生碰撞，但 LHC 是一臺獨特的機器，我們確實處于技術的最前沿。我們一直在做以前從未做過的事情，所以我們必須學習如何操作這臺機器。因此，在第 1 次和第 2 次運行期間，我們試圖在一方面快速獲得結果的愿望與另一方面損壞基礎設施的技術風險和因此遭受長時間維修的技術風險之間取得最佳折衷。(……)

限制能量達到的主要是偶極磁體，它們沿著 27 公里的隧道引導質子束。這些磁鐵中有 1,232 個需要“訓練”[注意：通過反復通過它們的電流，我們可以改變它們的物理特性]，這是一個需要幾個月的過程。這些磁鐵是由幾個不同的供應商制造的，所以它們并不完全相同。我們現在知道，有些磁鐵的內存比[注：有點像舊的可充電電池，如果在充電前沒有完全放電就會失去容量，這些磁鐵可以在一定時間內保持物理特性。它們獲得由于通過它們的強大電流]，那么他們需要更多的培訓才能達到 14 TeV。因此，我們決定從 13.6 TeV 開始，而不是多花幾個月的時間。

LS：到目前為止，大型強子對撞機已經基本確認了標準模型。我們知道為什么嗎?僅僅是權力的問題嗎?

BV： 不，事實上，根據定義，新發現是無法預測的。因此，我們將在接下來的幾個月，接下來的幾年中看到我們的發現，但 Run 3 仍然會有很多新事物。當然，我們將達到仍然無與倫比的能量——而不是巨大的利潤，比 Run 2 多 5%，但它仍然打開了新的大門。但也會產生創紀錄的數據量，因為我們將把碰撞率提高 50%，并且我們將采用一種稱為光照平衡的新方法。在這個過程中，LHC 將能夠不斷調整光束的大小和交叉角，以便進行連續碰撞。這將產生比我們以前更多的數據。

最近其他實驗室的標準模型中已經出現了幾個裂縫，并且由于有這么大量的數據，我們將能夠跟進這些結果。

LS： 除了“新物理學”，大型強子對撞機是否還在尋找其他東西?

BV： 除了發現新粒子之外，確實還有其他提升知識的方法，比如首次觀察極其罕見的反應。標準模型預測了很多，但從未被觀察到，因為它們非常罕見。有了我們比以前更豐富的數據，在這里我們談論的是兩倍，我們將能夠嘗試看到它們。