LHC@home:项目背景

CERN（欧洲核子研究中心）和爱因斯坦是干什么的? 能量如何与物质发生转化？

(改写自《反物质——世界的终极镜像》)

质与能

如果你能够把 1kg 糖，或者 1kg 水，或者无论 1kg 什么东西里面蕴含的能量全部释放出来，你可以用这些能量来驱动一辆汽车不停地行驶 100000 年！为什么呢？阿尔伯特·爱因斯坦在 1905 年从狭义相对论中推导出了那个著名的公式：E=mc2，这个公式说明了：质量是能量的一种极其浓缩的形式。

能量就像自然中的货币，有两种通货，它们的汇率是巨大的，达光速的平方。1kg 物质对应 25,000,000,000 千瓦时，1g 物质转化成的能量可以支持一个中型城镇一天！

质能如何相互转换?

横穿太阳系的大型陨星速度通常为 30km/s。如果这样的一个陨星进入了地球的大气层，它的动能就会转化为热能，温度可达 100,000 摄氏度，绝大部分它的物质会融化，它就变成了流星。但光的速度是它的 10000 倍，就是 300,000 km/sec !

根据爱因斯坦的狭义相对论，任何物体都不能被加速至光速。但我们可以用 CERN 的回旋加速器把单个粒子（如质子，即氢原子核）加速到光速的 99.99999%。

如果两个具有这样的速度的粒子迎头相撞，碰撞中释放的巨大能量可以转化为物质。与之相反，在核电站中，物质被转化为能量。但是，这只是一个公式的双向运用：E=mc²。

碰撞中会产生什么物质?

在一个硬币工厂中，金属被铸造成硬币。硬币只有一定的大小和价值，比如说1分、2分、5分、1角、2角、5角和一元。相似的，自然不允许能量被转化为任意种类的物质。自然已经给我们做好了“模子”，对应一定的能量和其他特性。

这些“模子”与粒子相似。在我们日常生活中最重要的粒子就是质子、中子和电子。它们有一定的属性，比如质量、电荷和它们与其他粒子的相互作用。

但在加速器中的碰撞能得到的极大的能量也能转化为一些稀有奇异的、已经不在现今的宇宙中的粒子。它们有点像古代的钱币，比现在的粒子重得多。它们能给我们一个观看过去的独特视角。它们十分“易碎”，在极短的时间内就会衰变成普通得多的粒子。

这些稀有的粒子中，有一种叫“希格斯玻色子”。它比其他古老的“钱币”能科学家看到更远的过去。科学家试图通过研究这种粒子揭开 130 亿年前大爆炸之后的瞬间隐藏的秘密。