粒子加速器

想像你想知道核桃裡面有什麼，卻沒有足夠小的刀。一個粗暴但誠實的辦法是：讓核桃彼此狠狠對撞，再研究飛出來的碎屑。粒子加速器就是這個想法的高科技版本。它把微小的帶電粒子——通常是質子或電子——推到極高的速度，幾乎接近光速，然後要麼把它們撞向靶子，要麼讓兩束粒子迎頭相撞，好讓物理學家研究撞出來的殘骸。

讓帶電粒子加速的訣竅在於：電場力會推動電荷。加速器用精確計時的電場推力包圍這些粒子，讓每個粒子一次又一次地被向前推，直到攜帶巨大的能量。磁鐵負責引導束流並把它壓得很緊。整台機器在近乎完美的真空中工作，這樣粒子一路上才不會撞到散落的空氣分子。有的加速器是直的，有的是周長達數公里的環，但目標始終一致：讓束流帶更多能量。

加速器之所以重要，是因為高能量是觀察極微小尺度、並製造出全新重粒子的唯一途徑。希格斯玻色子、W 和 Z 玻色子、頂夸克——全都是在加速器對撞中產生的，因為對撞的能量可以轉化為嶄新粒子的質量（這正是質能等價的實際體現）。除了純物理之外，同樣的技術還驅動著癌症放療、材料科學，以及生物和化學中使用的明亮 X 射線源。可以說，加速器就是粒子物理學的顯微鏡。