粒子加速器

想象你想知道核桃里面有什么，却没有足够小的刀。一个粗暴但诚实的办法是：让核桃彼此狠狠对撞，再研究飞出来的碎屑。粒子加速器就是这个想法的高科技版本。它把微小的带电粒子——通常是质子或电子——推到极高的速度，几乎接近光速，然后要么把它们撞向靶子，要么让两束粒子迎头相撞，好让物理学家研究撞出来的残骸。

让带电粒子加速的诀窍在于：电场力会推动电荷。加速器用精确计时的电场推力包围这些粒子，让每个粒子一次又一次地被向前推，直到携带巨大的能量。磁铁负责引导束流并把它压得很紧。整台机器在近乎完美的真空中工作，这样粒子一路上才不会撞到散落的空气分子。有的加速器是直的，有的是周长达数公里的环，但目标始终一致：让束流带更多能量。

加速器之所以重要，是因为高能量是观察极微小尺度、并制造出全新重粒子的唯一途径。希格斯玻色子、W 和 Z 玻色子、顶夸克——全都是在加速器对撞中产生的，因为对撞的能量可以转化为崭新粒子的质量（这正是质能等价的实际体现）。除了纯物理之外，同样的技术还驱动着癌症放疗、材料科学，以及生物和化学中使用的明亮 X 射线源。可以说，加速器就是粒子物理学的显微镜。