探测器将以其最高能量运行。

物理学家和工程师在 2017 年更换了 CMS 实验的核心，以提高其进行精确测量的能力。 （图片来源：欧洲核子研究中心）

大型强子对撞机今天（7 月 5 日）重新启动，并将以前所未有的能级将粒子粉碎在一起。

大型强子对撞机 (LHC) 是世界上最大和最强大的粒子加速器。位于瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心，近 17 英里长（27 公里）的环路在离线四年后于今天启动。完成这些修复后，科学家们希望使用巨大的加速器以高达 13.6 万亿电子伏 (TeV) 的创纪录能量将质子粉碎在一起——这一能量水平应该会提高加速器产生尚未被科学观察到的粒子的几率.

加速器粒子束的升级不仅仅提高了它们的能量范围；紧密度的提高，使粒子束更密集，将大大增加碰撞的可能性，以至于加速器在第三次运行中预计将捕获比前两次加起来更多的粒子相互作用。在之前的两个阶段，从 2009 年到 2013 年和 2015 年到 2018 年，原子粉碎机巩固了物理学家对物质基本组成部分如何相互作用的理解——称为标准模型——并导致发现了长期预测的希格斯粒子玻色子，一种难以捉摸的粒子，它赋予所有物质以质量。

但是，尽管加速器的实验产生了 3,000 篇关于许多小发现和更深层次物理学的诱人暗示的科学论文，但科学家们尚未找到新粒子或全新物理学的确凿证据。在这次升级之后，他们希望这会改变。

“我们将测量希格斯玻色子与物质相互作用的强度，并以前所未有的精度强制粒子，我们将进一步搜索希格斯玻色子衰变成暗物质粒子，以及寻找更多的希格斯玻色子，” LHC 的 ATLAS 合作是一个国际项目，包括物理学家、工程师、技术人员、学生和支持人员，在一份声明中说。

在大型强子对撞机 17 英里长的地下环内，质子以接近光速的速度飞驰而过，然后相互撞击。结果？形成了新的、有时是奇异的粒子。这些质子走得越快，它们拥有的能量就越多。而且它们拥有的能量越多，它们通过粉碎在一起产生的粒子就越大。像大型强子对撞机这样的原子粉碎器通过寻找有迹象的衰变产物来检测可能的新粒子，因为较重的粒子通常寿命很短，会立即分解成较轻的粒子。

LHC 的目标之一是进一步审查标准模型，这是物理学家用来描述宇宙中所有已知基本粒子及其相互作用的力的数学框架。尽管该模型自 1970 年代中期以来一直以最终形式出现，但物理学家对它远不满意，他们一直在寻找新的方法来测试它，如果幸运的话，他们会发现新的物理原理，这会让它失败。

这是因为该模型尽管是迄今为止最全面、最准确的模型，但仍存在巨大的空白，使其完全无法解释引力的来源、暗物质由什么组成，或者为什么还有更多宇宙中的物质大于反物质。

虽然物理学家希望使用升级后的加速器来探索标准模型的规则并了解有关希格斯玻色子的更多信息，但升级到 LHC 的四个主要探测器也使其能够很好地寻找已知之外的物理学。 LHC 的主要探测器——ATLAS 和 CMS——已经升级，在寻找可以在两次碰撞中持续存在的粒子的新任务中收集的数据是以前的两倍多； LHCb 探测器现在收集的数据比过去多 10 倍，它将寻找宇宙基本对称性的断裂，并解释为什么宇宙中的物质多于反物质。

同时，ALICE 探测器将用于研究高能离子的碰撞，与之前的运行相比，记录的碰撞量将增加 50 倍。在撞击在一起时，离子——通过从轨道壳中去除电子而赋予电荷的原子核——产生一种称为夸克胶子等离子体的原始亚原子汤，这种物质状态仅存在于大爆炸后的第一微秒内。

除了这些研究工作之外，许多较小的小组将通过研究质子内部的实验来探索其他物理奥秘的根源。探索宇宙射线的行为；并寻找长期理论化的磁单极子，一种假设的粒子，它是一个只有一个磁极的孤立磁体。除此之外，还有两个新实验，称为 FASER（前向搜索实验）和 SND（散射和中微子探测器），它们是通过在加速器最近关闭期间安装两个新探测器而成为可能的。 FASER 将扫描极轻和弱相互作用的粒子，例如中微子和暗物质，而 SND 将专门搜索中微子，一种可以穿过大多数物质而不与它相互作用的幽灵粒子。

一个粒子物理学家特别兴奋地寻找长期追捧的轴子，这是一种不发射、不吸收或反射光的奇异假设粒子，是暗物质构成的关键嫌疑人。

大型强子对撞机的第三次运行预计将持续四年。在那之后，碰撞将再次停止，以便进一步升级，将 LHC 推向更高的功率水平。一旦升级并在 2029 年再次开始运行，高亮度 LHC 预计将捕获前三轮运行数据总和的 10 倍。