加速器產(chǎn)生帶電粒子束后，可以讓它打固定靶的原子，或與來自相反方向同樣的束流發(fā)生對(duì)撞。在這兩種情況下，都產(chǎn)生大量的新粒子。物理學(xué)家們利用探測器對(duì)每個(gè)粒子進(jìn)行計(jì)數(shù)，跟蹤和描述其特征，研究許多可能的相互作用過程。這些物理學(xué)家們有理論、有信念、有思想，通過實(shí)驗(yàn)證明其是正確的還是錯(cuò)誤的。西歐中心的實(shí)驗(yàn)有三方面的特點(diǎn)：一是科學(xué)目標(biāo)，即想發(fā)現(xiàn)什么；二是實(shí)驗(yàn)裝置，即所使用的探測器；三是國際合作。

西歐中心的物理實(shí)驗(yàn)主要分為兩類：固定靶實(shí)驗(yàn)和對(duì)撞實(shí)驗(yàn)。

固定靶實(shí)驗(yàn)研究粒子束與靶原子對(duì)撞后發(fā)生了什么。靶反沖中用去多數(shù)的束流能量，只剩下少部分能量創(chuàng)造新的粒子。在固定靶實(shí)驗(yàn)中，所產(chǎn)生的粒子一般都向前飛行，所以實(shí)驗(yàn)通常都用錐型探測器，放在光束線的下游。

對(duì)撞實(shí)驗(yàn)研究兩個(gè)按相反方向運(yùn)動(dòng)的粒子束發(fā)生的對(duì)撞。這樣，就沒有浪費(fèi)反沖能量，所有的能量都可用來產(chǎn)生新的粒子。在這些事例中，新產(chǎn)生的粒子從對(duì)撞點(diǎn)向所有方向輻射，所以探測器是球型，或是更常見的圓柱型。

固定靶實(shí)驗(yàn)

在PS（右圖1）、SPS（右圖2）和AD（右圖3 AD高頻腔）加速器上運(yùn)行的幾個(gè)固定靶實(shí)驗(yàn)如下：

（在線同位素質(zhì)量分離器）是一個(gè)獨(dú)特的低能不穩(wěn)定放射性同位素源，位于質(zhì)子同步加速器增強(qiáng)器SPS。不穩(wěn)定放射性同位素是有許多質(zhì)子或中子的原子核，對(duì)它們的研究可使科學(xué)家們改進(jìn)原子核的模型，其應(yīng)用范圍涉及天體物理到工業(yè)和醫(yī)學(xué)。（左圖為ISOLDE設(shè)備布局）

在AD（反物質(zhì)減速器）上，科學(xué)家們?cè)噲D把一個(gè)個(gè)反物質(zhì)組合在一起，而在質(zhì)子同步加速器PS上，其它的科學(xué)家則集中精確測量特殊原子和粒子的非常特別的特性。 

AD實(shí)驗(yàn)包括：

反氫原子的產(chǎn)生和光譜學(xué)

ATHENA實(shí)驗(yàn)采用完全不同的方法產(chǎn)生反氫原子。其思路是在低能—主要是在靜止時(shí)產(chǎn)生反氫原子，以便研究它們的特性。西歐中心建反質(zhì)子減速器的目的在于得到反質(zhì)子（這些反質(zhì)子是在高能對(duì)撞中產(chǎn)生的），并將它們降速到更便于運(yùn)用的能量。

ATHENA裝置將來自反質(zhì)子減速器的反質(zhì)子加以減速、冷卻和捕獲。反質(zhì)子在稱為彭寧（Penning）陷阱的電磁“瓶”高真空中被捕獲，同時(shí)來自放射性源的正電子累積在另一個(gè)陷阱里，兩群帶電粒子（約1萬反質(zhì)子，7千萬正電子）混合在一起產(chǎn)生反氫原子。所有這一切都是在絕對(duì)零上15度的低溫環(huán)境里發(fā)生的。

形成的反氫原子從電磁陷阱中逃逸出來，因?yàn)樗鼈儾粠綦姾?。然后它們湮滅，被一個(gè)特制的探測器探測到。反氫原子在該探測器中產(chǎn)生一個(gè)具有非常特征的湮滅信號(hào)，使研究人員可以對(duì)反氫原子的產(chǎn)生加以確認(rèn)。到目前為止，ATHENA已直接探測到131±22反氫原子。這意味著該裝置實(shí)際上產(chǎn)生了5萬個(gè)反氫原子，因?yàn)槎鄶?shù)逃脫了探測。ATHENA下一步要測量反氫原子光譜，并與氫原子加以比較。這兩個(gè)光譜的任何差別都需要對(duì)目前的物質(zhì)與反物質(zhì)模型進(jìn)行根本改變。

ATHENA取得的結(jié)果是反物質(zhì)科學(xué)的一個(gè)重要里程碑，打開了人們期望將原子捕獲、冷卻和處理的現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用到原子反物質(zhì)領(lǐng)域的大門。檢驗(yàn)重力影響下的反物質(zhì)行為也是未來有趣的課題。

ATRAP

1986-1999年期間，TRAP合作組，自此改名為反氫原子捕獲合作組（ATRAP COLLABORATION）開發(fā)出對(duì)反質(zhì)子加以減速、捕獲和進(jìn)行電子冷卻的反質(zhì)子。反氫原子捕獲合作組在能夠累積大量的冷反質(zhì)子之前，只有接近光速運(yùn)動(dòng)的高速反質(zhì)子可以進(jìn)行研究。ATRAP利用TRAP的技術(shù)制造冷反氫原子。反質(zhì)子被減速、冷卻。最后在4.2 K熱平衡中儲(chǔ)存起來。4.2 K為平均能量，比以前的反質(zhì)子能量低100億倍。

單個(gè)反質(zhì)子數(shù)月長的禁閉，背景壓力低于5×10-17托和對(duì)來自單個(gè)被捕獲的反質(zhì)子的無線電信號(hào)的無損傷探測可以說明，反質(zhì)子與質(zhì)子的質(zhì)荷差小于9/1011，該比較值比以前的精確了將近100萬倍。使冷反質(zhì)子減速、冷卻和對(duì)其儲(chǔ)存的技術(shù)，使ATRAP合作組及其競爭者可以生產(chǎn)冷到精確激光光譜學(xué)足以捕獲的反氫原子。（左圖為第一個(gè)反氫原子陷阱）

所有初期在西歐中心搞的冷反質(zhì)子實(shí)驗(yàn)都是在其低能反質(zhì)子環(huán)（LEAR）上進(jìn)行的，該獨(dú)特的設(shè)備后來關(guān)閉。2000年和以后的反氫原子實(shí)驗(yàn)，均在專門為此建造的反質(zhì)子降速環(huán)上進(jìn)行。利用TRAP開發(fā)出來的技術(shù)，反質(zhì)子將在陷阱中而不是在儲(chǔ)存環(huán)中累積，從而降低了西歐中心的運(yùn)行費(fèi)用。

是低能反質(zhì)子環(huán)開展反質(zhì)子氦研究的派生項(xiàng)目。1990年，在KEK工作的日本一個(gè)小組表明，反質(zhì)子停在氦靶中形成所有的鏷電子原子的3%存活幾微秒，然后反質(zhì)子才陷入原子核中湮滅。這一亞穩(wěn)定性與期望的完全相反，明顯與電子的屏蔽效應(yīng)的存在相連。為防止原子受靶中正常氦原子對(duì)撞損傷效應(yīng)的影響，電子給其提供了保險(xiǎn)。反質(zhì)子的主量子數(shù)n和角動(dòng)量量子數(shù)l大約都是40，因此，其原子中的德布羅意波長比 n = 1電子的約小40倍。這意味著它的原子軌道幾乎是經(jīng)典的，而電子的軌道則完全是量子力學(xué)的。（左圖為ASACUSA實(shí)驗(yàn)）

如這一混合特征是反質(zhì)子氦原子的唯一有趣特點(diǎn)的話，那么它只是原子物理學(xué)家的集郵中一個(gè)極其稀有的東西。更為重要的是，它的壽命相對(duì)湮滅而言長到足以使激光束流打到它。接近n=40時(shí)，反質(zhì)子的能級(jí)間隔應(yīng)約為2 eV或600 nm。此點(diǎn)于1993年由低能反質(zhì)子環(huán)組予以證實(shí)，該組利用597.259(2) nm的激光脈沖激勵(lì)了 (n,l) = (39,35) 和 (n,l)  = (38,34) 能級(jí)之間的量子躍遷。

到目前為止，實(shí)驗(yàn)人員共發(fā)表了約250頁的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表明激光技術(shù)達(dá)到了從未有過的的精確度。在理論方面，計(jì)算現(xiàn)在已詳細(xì)到足以考慮對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的相對(duì)論修正，并給出對(duì)現(xiàn)在已知所有13個(gè)躍遷的躍遷波長在被測量波長的百萬分之幾范圍內(nèi)。從這些發(fā)展中，利用同量的精確度，可以推斷出反質(zhì)子量子電動(dòng)力學(xué)的基本能量尺度里德伯常數(shù)。低能反質(zhì)子環(huán)組的最后推斷揭示了(n,l)  = (37,35) 到 (n,l)  = (38,34) 躍遷中的超精細(xì)結(jié)構(gòu)。這種躍遷產(chǎn)生于電子自旋和反質(zhì)子角動(dòng)量的小的相互作用能量。

ASACUSA期望第一年在反質(zhì)子減速器上繼續(xù)研究其前合作組在低能反質(zhì)子環(huán)上遺留下來的鏷電子原子，利用與鏷電子原子三重共振中微波和光束精確測量超精細(xì)結(jié)構(gòu)的分裂，第二年在反質(zhì)子減速器束流上加上一個(gè)減速的高頻四極鐵，將反質(zhì)子的能量從MeV降到 keV。這樣在原子產(chǎn)生的瞬間就可對(duì)其 (n,l) 分布進(jìn)行研究，了解在極低溫時(shí)反質(zhì)子的原子相互作用。第三年，再在反質(zhì)子減速器上加一個(gè)彭寧（Penning）陷阱，從此陷阱，靜止的反質(zhì)子被重新加速到eV和keV。由此得到的單色超低能量束流可對(duì)形成亞穩(wěn)定性的鏷電子原子的條件進(jìn)行更嚴(yán)格的控制。

PS實(shí)驗(yàn)：

PS實(shí)驗(yàn)旨在測量動(dòng)量在2-5 GeV/ c范圍內(nèi)的質(zhì)子和p介子在薄和厚的核靶上產(chǎn)生的次級(jí)強(qiáng)子，以獲得對(duì)p介子產(chǎn)量的足夠了解，優(yōu)化最近提出的中微子工廠的設(shè)計(jì)，大大改善大氣中微子流量。為更好地解釋現(xiàn)在和將來實(shí)驗(yàn)中對(duì)大氣中微子研究所得到的中微子振蕩的證據(jù)，大氣中微子的流量是需要的。

又稱PS214實(shí)驗(yàn)，是在質(zhì)子同步加速器PS上開展的強(qiáng)子產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)。目的是研究相對(duì)低能強(qiáng)子產(chǎn)生，優(yōu)化擬議中的中微子工廠靶的建造，幫助了解大氣中微子流量。（左圖為HARP實(shí)驗(yàn)）

該實(shí)驗(yàn)有一臺(tái)大接收度的帶電粒子磁譜儀，放在PS東大廳，利用帶標(biāo)記的帶電粒子束流。實(shí)驗(yàn)盡量使用NOMAD和CHORUS實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)有設(shè)備，特別重要的是使用了ALEPH的時(shí)間投影室模型，盡管做了大量修改。新做的唯一部件是閾契侖可夫探測器。

該實(shí)驗(yàn)于2000末投入技術(shù)運(yùn)行，2001年開始物理運(yùn)行，2002年開始了第二階段的實(shí)驗(yàn)，即去掉質(zhì)子靶，把氘和氦原子核直接送到實(shí)驗(yàn)靶上。雖然實(shí)驗(yàn)大氣中微子流量中的明顯不確定性將被排除，但在第三個(gè)階段，可考慮將束流的動(dòng)量擴(kuò)大到約100 GeV/ c，包括用氦離子運(yùn)行。這樣不僅可將大氣中微子流量的可靠計(jì)算擴(kuò)展到100 GeV/ c區(qū)域，而且還能對(duì)解開約3×10

eV時(shí)帶電粒子宇宙線光譜“膝區(qū)”之迷。

DIRAC

實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)是測量1個(gè)飛秒量級(jí)的（基態(tài)）p+ p- 原子壽命，精度達(dá)10%。實(shí)驗(yàn)設(shè)備由精密的雙臂磁譜儀組成，安裝在質(zhì)子同步加速器上PS。該實(shí)驗(yàn)按非模型方法提供S波p介子散射長度差|a_0 - a_2|，精度為5%。手征擾動(dòng)理論框架中的低能量子色動(dòng)力學(xué)現(xiàn)在預(yù)言散射精確度非常高，低于2%。因此，這樣的測量會(huì)通過表示出夸克冷聚的大小，量子色動(dòng)力學(xué)的一個(gè)數(shù)量級(jí)的參數(shù)，靈敏地檢查對(duì)量子色動(dòng)力學(xué)中手征對(duì)稱破壞的理解。最近手征擾動(dòng)理論對(duì)散射長度的預(yù)測得到[p+p -]的原子壽命為（2.9+-0.1）飛秒。（左圖為雙磁臂譜儀）

在SPS（超級(jí)質(zhì)子同步加速器）上，COMPASS實(shí)驗(yàn)集中更多了解由夸克組成的粒子—強(qiáng)子，包括普通物質(zhì)的核子（質(zhì)子和中子），設(shè)法發(fā)現(xiàn)強(qiáng)子是如何組成的，特別是什么引起核子的自旋。SPS重離子計(jì)劃最近給出了一些另人振奮的結(jié)果。有7 個(gè)大的實(shí)驗(yàn)測量了鉛與鉛原子核或鉛與金原子核對(duì)撞的不同方面，尋找科學(xué)家們稱的“夸克膠子等離子體”。2000年2月，這些實(shí)驗(yàn)的發(fā)言人公布了“新物質(zhì)態(tài)”存在的有力證據(jù)。在這種新物質(zhì)態(tài)中，夸克不是結(jié)合成更復(fù)雜的像質(zhì)子和中子這樣的粒子，而是釋放出來，自由地漫游。

對(duì)撞實(shí)驗(yàn)

4個(gè)大型對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)在LEP上進(jìn)行,它們分別進(jìn)行了不同的優(yōu)化，以詳細(xì)研究電磁和弱力物理的各個(gè)方面。在近12年的運(yùn)行中，實(shí)驗(yàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行了極為精確的檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)分析將給出更多的結(jié)果。

LEP上的4個(gè)實(shí)驗(yàn)如下：

系在LEP上開展的粒子物理實(shí)驗(yàn)。1989年7月LEP實(shí)現(xiàn)第一次對(duì)撞后，ALEPH粒子探測器記錄了幾百萬的事例，旨在研究粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型，尋找新物理的表現(xiàn)。參加這一實(shí)驗(yàn)的有來自全世界32所大學(xué)和國家實(shí)驗(yàn)室的幾百名物理學(xué)家和工程師。

ALEPH探測器用來測量LEP上正負(fù)電子對(duì)撞產(chǎn)生的事例。典型事例復(fù)雜，許多粒子以噴注形式分布在整個(gè)探測器中。Z峰時(shí)事例率低于1 Hz，最高能量時(shí)起碼低100倍。因此，ALEPH探測器是這樣設(shè)計(jì)的，盡量增大立體角，為每個(gè)事例積累更多的信息。

束流管道周圍的圓柱型探測器，中間為正負(fù)電子相互作用點(diǎn)，可以做到這一點(diǎn)。長6.4 m，直徑5.3 m的超導(dǎo)磁鐵產(chǎn)生1.5泰斯拉的磁場。軛鐵為一個(gè)16邊型的圓柱體，有兩個(gè)端片，端片上留有LEP機(jī)器的聚焦磁鐵的孔。軛鐵厚1.2 m，又分成幾層，留有插入溜光管層的空間，這樣軛鐵就變成了強(qiáng)子量能器。軛鐵外面，有兩個(gè)雙層流光管室，記錄穿過軛鐵的μ子的位置和角度。線圈內(nèi)有個(gè)電子-光子量能器，用來識(shí)別可能最高分辨率和電子。它交替地由鉛和正比管組成。（左圖為ALEPH探測器）

帶電粒子的中央探測器為時(shí)間投影室，長4.4 m，直徑3.6 m，提供每個(gè)徑跡段的三度空間測量結(jié)果。另外，為一個(gè)徑跡提供330個(gè)電離測量結(jié)果，這有助于粒子識(shí)別。它在內(nèi)徑跡室的外面，該內(nèi)徑跡室為軸-絲漂移室，內(nèi)外徑分別為13 cm 和 29 cm，長2 m，為來自對(duì)撞點(diǎn)的帶電粒子提供8個(gè)徑跡坐標(biāo)和觸發(fā)信號(hào)。

最靠近束流管道處，有一個(gè)硅條頂點(diǎn)探測器，為每個(gè)徑跡測量距沿束流線40 cm的束流軸6.3 cm 和 11 cm遠(yuǎn)的兩對(duì)坐標(biāo)。束流管道由鈹制造而成，直徑為16 cm，內(nèi)部真空為10-15大氣壓。

，這些能量轉(zhuǎn)化為新的粒子。

DELPHI實(shí)驗(yàn)由幾層的粒子探測器組成，這些探測器在裝置的中心拾取正負(fù)電子對(duì)撞產(chǎn)生的碎片。每層探測器在識(shí)別對(duì)撞中產(chǎn)生的粒子中起不同作用，這就幫助了科學(xué)家弄清對(duì)撞中發(fā)生了什么。（左圖為DELPHI探測器）

DELPHI探測器是個(gè)先進(jìn)的探測器，具有特殊的能力。它利用契侖可夫環(huán)成像技術(shù)，對(duì)各種次級(jí)帶電粒子加以區(qū)分。它還有一個(gè)先進(jìn)的硅探測器提供精確的跟蹤，目的主要在于朝對(duì)撞點(diǎn)向后推斷徑跡來探測壽命非常短的粒子。DELPHI探測器的設(shè)計(jì)和建造共花費(fèi)了7年時(shí)間，12年來每年都取數(shù)據(jù)。該實(shí)驗(yàn)組有550名物理學(xué)家，來自 22個(gè)國家56所大學(xué)和研究所。

通過收集和分析LEP上的正負(fù)電子對(duì)撞事例，研究粒子極其相互作用。

OPAL探測器是一個(gè)大型多用途的粒子物理探測器，測量正負(fù)電子在探測器中心發(fā)生對(duì)撞后的結(jié)果。來自相反方向的電子和正電子沿束流管道向探測器中心逼近。束流管道是一個(gè)經(jīng)抽真空的金屬圓柱體，半徑幾毫米，從OPAL探測器中間穿過，提供一個(gè)到探測器的自然對(duì)稱軸。束流管道的外面是一層一層結(jié)構(gòu)的探測器部件?？偟奶綔y器約長12m，高12m，寬12m。

OPAL實(shí)驗(yàn)和LEP 對(duì)撞機(jī)運(yùn)行從1989年開始。取數(shù)據(jù)于2000年1月初結(jié)束，但數(shù)據(jù)分析要再進(jìn)行許多年。LEP運(yùn)行分兩個(gè)階段：第一階段為1989年-1995年。在此階段，為精確測量共積累幾百萬Z事例。這些事例中，正負(fù)電子產(chǎn)生了一個(gè)單個(gè)Z玻色子。第二階段從1996年-2000年。在此階段，為產(chǎn)生W+W-對(duì)，尋找可能的新粒子或物理效應(yīng)，對(duì)撞能量提高。

OPAL合作組由來自加拿大、德國、匈牙利、意大利、以色列、日本、英國和美國34個(gè)研究所的月300名物理學(xué)家組成，負(fù)責(zé)OPAL探測器的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行，以及數(shù)據(jù)分析。

LEP現(xiàn)已停機(jī)，并從地下隧道中移出，讓位大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)LHC。在LHC中，能量非常高的質(zhì)子與質(zhì)子對(duì)撞，重離子與重離子對(duì)撞。這樣就使科學(xué)家們能進(jìn)一步深入物質(zhì)結(jié)構(gòu)，重建宇宙大爆炸后幾微秒時(shí)的條件。

在LHC上擬開展的實(shí)驗(yàn)有5個(gè)獲得批準(zhǔn)，它們是：

實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)是探索形成我們宇宙的物質(zhì)的基本特性和基本力。該實(shí)驗(yàn)系物理科學(xué)方面嘗試的最大的國際合作項(xiàng)目，參加這一實(shí)驗(yàn)的有34個(gè)國家150多所大學(xué)和實(shí)驗(yàn)室的2000名物理學(xué)家。

為實(shí)現(xiàn)這一物理目標(biāo)，物理學(xué)家們正在建造ATLAS探測器。該探測器由4個(gè)主要的部件組成：測量每個(gè)帶電粒子動(dòng)能的內(nèi)徑跡室（黃色）；測量粒子所帶的能量的量能器（橘紅和綠色）；識(shí)別和測量μ子的μ子譜儀（蘭色）和使帶電粒子彎轉(zhuǎn)，以進(jìn)行動(dòng)能測量的磁鐵系統(tǒng)（灰色）。

ATLAS探測器（見上圖）中的相互作用產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)流，為消化這些數(shù)據(jù)需要有觸發(fā)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)和計(jì)算系統(tǒng)。觸發(fā)系統(tǒng)每秒鐘從10億事例中選擇100個(gè)有趣的事例，數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)從探測器獲取數(shù)據(jù)并把它們存儲(chǔ)器來，計(jì)算系統(tǒng)對(duì)每年記錄下來的10億數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

ATLAS實(shí)驗(yàn)的主要目標(biāo)之一是發(fā)現(xiàn)和研究Higgs粒子。Higgs粒子在粒子理論中至關(guān)重要，它直接與粒子質(zhì)量概念，因而與所有質(zhì)量相關(guān)。ATLAS實(shí)驗(yàn)可能會(huì)導(dǎo)致大統(tǒng)一理論，故而人類最終了解完整的萬物統(tǒng)一理論?！?/P>

主要研究目標(biāo)為Higgs粒子和超對(duì)稱粒子的尋找。CMS探測器（Compact Muon Solenoid）是LHC上兩大探測器之一（另一個(gè)是ATLAS），是一個(gè)緊湊μ子螺線管探測器，要在很高的對(duì)撞率和很大的能量范圍下通過鑒別和精確測量μ子、電子和光子來清晰地探測各種新物理圖像，除了研究質(zhì)子-質(zhì)子對(duì)撞之外，還要進(jìn)行重離子對(duì)撞研究。（左圖為CMS探測器）

CMS有一個(gè)磁場強(qiáng)度4T的超導(dǎo)電磁鐵，長13米，直徑為5.9米。CMS的徑跡探測器、電磁量能器和內(nèi)部強(qiáng)子量能器全都裝在超導(dǎo)螺線管內(nèi)。圍繞中央徑跡探測器的電磁部分將由鎢酸鉛晶體做成。強(qiáng)子量能器圍在外面，中央桶部內(nèi)徑1.8米，端蓋厚1.8米，μ探測系統(tǒng)由桶部和端蓋兩部分組成。

CMS投資總數(shù)達(dá)4.75億瑞士法郎，是一個(gè)超大型的實(shí)驗(yàn)裝置，世界上有31個(gè)國家1700多位實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家參加此國際合作，預(yù)計(jì)在2005-2006年建成。

ALICE

為大型離子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)，旨在發(fā)現(xiàn)和研究夸克膠子等離子體。20世紀(jì)80年代至90年代西歐中心的實(shí)驗(yàn)讓氫離子，硫離子和鉛離子與固定靶對(duì)撞，結(jié)果令人吃驚的顯示，夸克膠子等離子體再又冷卻成普通物質(zhì)前的瞬間可能已經(jīng)形成。在LHC上，鉛離子比目前西歐中心的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰扛?00倍時(shí)發(fā)生對(duì)撞。物理學(xué)家們相信，這些能量對(duì)形成夸克膠子等離子體十分理想，可使ALICEA實(shí)驗(yàn)詳細(xì)研究它的特性。（左圖為ALICE探測器）

一點(diǎn)點(diǎn)能量即可使原子脫離分子或電子脫離原子。利用更多一點(diǎn)能量，科學(xué)家們就可質(zhì)子和中子脫離原子核。然而，不管他們有多大的能量，好像都不可能把每個(gè)夸克或膠子從其質(zhì)子或中子中打出來。

這一禁閉給研究夸克和膠子構(gòu)成了問題。一種解決的辦法是擴(kuò)大夸克與膠子的禁閉體積，這樣它們就好像自由似地那樣運(yùn)動(dòng)，或被解禁。通過讓鉛離子在高能時(shí)發(fā)生對(duì)撞，這便是西歐中心在ALICE實(shí)驗(yàn)中要達(dá)到的 目的。解禁是通往形成夸克膠子等離子體路上的第一步。

尋找被解禁物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)開展的時(shí)間不長。80年代，利用質(zhì)子束打質(zhì)子或更重的靶做實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)則利用重離子束。每用更重的粒子和更高的能量都會(huì)提高對(duì)撞的能量密度和溫度，增加解禁的機(jī)會(huì)。

沒有人能絕對(duì)肯定普通物質(zhì)變?yōu)榻饨镔|(zhì)時(shí)會(huì)出現(xiàn)什么情況。理論物理學(xué)家預(yù)言，當(dāng)物質(zhì)升溫從正常狀態(tài)變?yōu)榻饨麪顟B(tài)，然后在冷卻下來，出現(xiàn)不同的效應(yīng)。數(shù)年來，西歐中心的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)找到了所有這些效應(yīng)。結(jié)果很有前途，但鉛離子打鉛靶目前所獲得的溫度似乎僅剛足以達(dá)到解禁。在LHC上，鉛離子對(duì)撞應(yīng)將物質(zhì)加熱到日常產(chǎn)生夸克膠子等離子體的溫度。

ALICE合作組正在建造ALICE探測器。該探測器由以下幾個(gè)主要部分組成：內(nèi)部徑跡系統(tǒng)、時(shí)間投影室、光子譜儀、粒子鑒別器和m子探測器。

實(shí)驗(yàn)為大型強(qiáng)子對(duì)撞B物理實(shí)驗(yàn)，旨在研究CP破壞和帶重味的強(qiáng)子衰變中其他稀有現(xiàn)象，特別是B物理。為了解釋宇宙中觀測到的只有物質(zhì)而沒有反物質(zhì)，不僅基本粒子物理學(xué)家而且宇宙學(xué)家都對(duì)CP破壞感興趣。宇宙中觀察到的現(xiàn)象可視為見到的最大的CP破壞效應(yīng)。LHCb實(shí)驗(yàn)將通過利用LHC產(chǎn)生的大量的不同類型的B介子，從質(zhì)和量上大大改進(jìn)以前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這一點(diǎn)通過設(shè)計(jì)和建造一種探測器便可以做到。該探測器對(duì)只有強(qiáng)子和那些包括輕子的B介子末態(tài)具有很好的觸發(fā)效能，在所需動(dòng)態(tài)的范圍內(nèi)，能夠識(shí)別K介子和p介子，具有非常好的衰變時(shí)間和質(zhì)量分辨率。

LHCb譜儀由束流管道、二極磁鐵、頂點(diǎn)探測器、徑跡探測器、RICH系統(tǒng)、量能器、m子探測器和觸發(fā)系統(tǒng)組成。

TOTEM實(shí)驗(yàn)專門在LHC上進(jìn)行總截面，彈性散射和衍射過程的測量。利用亮度無關(guān)法對(duì)總截面進(jìn)行測量，該測量是在低動(dòng)量傳輸時(shí)同時(shí)對(duì)彈性散射和非彈性散射相互作用進(jìn)行探測的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。該方法還對(duì)機(jī)器的亮度進(jìn)行絕對(duì)地校準(zhǔn)。

實(shí)驗(yàn)裝置由以下部分組成：①“羅馬罐型”的望遠(yuǎn)鏡。它們對(duì)稱地放在交叉點(diǎn)的兩側(cè)，探測彈性和準(zhǔn)彈性作用中在非常小的角度散射的質(zhì)子。②前向非彈性探測器，測量非彈性作用的總速率。

（高能所科研處制作 侯儒成編譯）