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據國外媒體報道，一年前，歐洲核子研究組織的大型強子對撞機發現了有著“上帝粒子”之稱的希格斯玻色子。這是科學研究史上最偉大的發現之一。現在，強子對撞機的電腦屏幕一片漆黑，控制臺前沒有任何人影，用于進行質子束對撞的巨型超冷卻環形隧道也是空空如也。不過，這種安靜只是一種假象。幕后，科學家正在緊張工作，對強子對撞機進行一次大規模升級。這次升級能夠讓對撞機幫助科學家進一步擴大知識的邊界。 歐洲核子研究組織的大型強子對撞機，一名工作人員站在多功能探測器CMS（緊湊渺子線圈實驗的英文縮寫，以下簡稱CMS）下面。此時，工作人員正對對撞機進行整修。大型強子對撞機的環形隧道長27公里，座落于法國-瑞士邊境地下100米，安裝了很多適用于太空飛船的裝置 
科學家注視著大型強子對撞機的一段環形隧道。此時，對撞機已經關閉。大型強子對撞機是世界上最大的粒子對撞機，一年前發現了有著“上帝粒子”之稱的希格斯玻色子。這是科學研究史上最偉大的發現之一
一名工作人員在CMS前方走過。CMS是大型強子對撞機的一部分。2013年2月，強子對撞機關機，隨后進行為期18個月的檢查。在2015年重啟對撞實驗時，歐洲核子研究組織的科學家將利用升級后的對撞機探測暗物質、暗能量和超對稱
現在，強子對撞機的電腦屏幕一片漆黑，控制臺前沒有任何人影，用于進行質子束對撞的巨型超冷卻環形隧道也是空空如也。不過，這種安靜只是一種假象。幕后，科學家正在緊張工作，對強子對撞機進行一次大規模升級。這次升級能夠讓對撞機幫助科學家進一步擴大知識的邊界。
滿功率運轉時，強子對撞機每秒可進行5.5億次對撞。對撞機操作組負責人麥克-拉蒙特表示：“我們將盡可能增加對撞次數。對撞次數就像是我們的奶油和面包。對撞產生的絕大多數數據都不是讓人非常感興趣的東西，對海量數據進行篩選是一項巨大挑戰。”
大型強子對撞機是世界上最大的粒子對撞機。科學家通過讓質子束在對撞機的巨型環形隧道內進行對撞模擬大爆炸，用以搜尋神秘莫測的上帝粒子。一年前，強子對撞機通過質子束對撞實驗確定了有著“上帝粒子”之稱的希格斯玻色子的可能形態。長久以來，科學家便一直在尋找這種賦予宇宙萬物質量的神秘粒子。 大型強子對撞機的環形隧道長27公里，座落于法國-瑞士邊境地下100米。2013年2月，強子對撞機關機，隨后進行為期18個月的檢查。在2015年重啟對撞實驗時，歐洲核子研究組織的科學家將利用升級后的對撞機探測暗物質、暗能量和超對稱。超對稱理論與希格斯玻色子齊名，于半個世紀前提出。 在工程師將目光聚焦技術方面的任務之時，物理學家則在分析對撞機自2010年以來獲取的海量數據，希望能夠從中發現更多“金礦”。歐洲核子研究組織的蒂茲諾-卡姆珀勒斯表示：“比較容易做的事情我們都已經做完了。現在，我們要進行深入研究，尋找我們未知或者此前不可知的東西。我們經常說天文學家的工作更簡單一些，因為他們能夠看到自己正在尋找的東西。” 大型強子對撞機的粒子對撞將能量轉化成質量，對撞實驗的目標是在亞原子碎片中搜尋基本粒子，幫助科學家進一步了解宇宙。滿功率運轉時，強子對撞機每 秒可進行5.5億次對撞。對撞機操作組負責人麥克-拉蒙特表示：“我們將盡可能增加對撞次數。對撞次數就像是我們的奶油和面包。對撞產生的絕大多數數據都 不是讓人非常感興趣的東西。對海量數據進行篩選是一項巨大挑戰，但我們需要通過篩選剔除無用的數據，從中挑選中我們感興趣的東西。”對撞機的環形隧道安裝 了很多適用于太空飛船的裝置。有趣的是，工作人員騎著“卑微”的自行車進行巡查。 借助于歐洲核子研究組織的超級計算機，物理學家對質子束對 撞產生的數據進行分析，通過這種分析進一步加深對宇宙的了解。歐洲核子研究組織的發言人詹姆斯-基勒斯表示：“我們希望了解粒子的行為，了解它們為何以及 如何聚集在一些，在微觀尺度下構成我們稱之為原子和核子的極其微小的東西，在較大尺度下構成我們稱之為人、椅子和建筑的日常事物，以及在更大尺度下構成行 星、恒星系統和星系。” 對于外行人來說，歐洲核子研究組織進行的研究過于復雜，很難理解。對此，研究人員正在尋找簡化的方式。底夸克探測器 項目發言人皮耶路易吉-坎帕納開玩笑地說：“所有人都知道電子是什么，尤其是在將手指插入電源插座的時候。”坎帕納的團隊證實了標準模型，準確度和可信度 創歷史之最。標準模型于上世紀70年代提出，是粒子物理學的基本理論框架。坎帕納的團隊對Bs粒子的變化進行了有史以來最精確的測量。測量結果顯示，在每10億個Bs中，只有極少數衰變成更小的粒子μ介子并且是成對出現。在專家們眼里，這一發現足以與發現有著“上帝粒子”之稱的希格斯玻色子相提并論。 希格斯玻色子由英國物理學家彼得-希格斯1964年提出，用于解釋一種怪異的現象，即為何一些粒子擁有質量，而其他粒子——例如光線——沒有質量。據信，希 格斯玻色子就像是泡在糖漿中的叉子。當把這個叉子舉起來，暴露于充滿灰塵的空氣中時，一些灰塵穿過叉子，絕大多數灰塵粘在叉子上。換句話說，獲得質量。質 量產生引力，引力將粒子聚集在一起。 標準模型是一項可信賴的理論，但仍無法解釋引力，也無法解釋暗物質和暗能量。暗物質和暗能量在宇宙的構 成中占絕大多數比重，科學家根據普通物質受到的影響推斷出它們的存在。一些物理學家支持超對稱理論。這一理論認為每一種已知粒子都有與之相對稱的鏡像粒 子。吉勒斯表示：“我們擁出了相應的理論，可以描述我們周圍所有的正常可見物質。不過，可見物質在宇宙中的比重只有大約5%左右。” 大型強 子對撞機取代1989年至2000年服役的大型電子-正電子對撞機。這臺對撞機2008年服役，后來因出現故障不得不進行為期1年的整修。強子對撞機對撞 時的能量達到8 TeV，相比之下，大型電子-正電子對撞機只有0.2 TeV。在投入5000萬瑞士法郎(約合5100萬美元)進行升級之后，強子對撞機進行對撞實驗時產生的能量可達到14 TeV。物理學家喬爾-古爾德斯特恩表示：“每次分析完大量數據，總有人找個理由，開香檳慶祝。隨著數據分析工作的繼續，這樣的理由越來越少。” 這個大型強子對撞機將質子和重離子加速到接近光的速度并相互撞擊，重新創造出宇宙大爆炸后很短時間內才存在的條件。科學家們一般認為宇宙自大爆炸以來一直在變冷，我們所熟悉的一切都源于最初的大爆炸。LHC中的粒子撞擊能夠模仿大爆炸時的能量密度，從而使我們能夠了解宇宙演化極早期時的情形。這些實驗有可能發現有關物質的新知識，使我們對宇宙中原子深處微小粒子的理解產生革命性的變化。在這個裝置中大量采用了賽靈思的FPGA。最早采用的是virtex-4 FPGA ，所有XC4VFX100器件同時獨立完成第一級數據壓縮，迅速處理并分類軌跡數據。總數據速率高達2.7Tbs/s的數據通過總共120片賽靈思FPGA進行處理 。 兩束稱為“強子”(質子或鉛離子)的粒子在圓形加速器內沿相反方向被加速。然后，物理學家控制粒子相撞。在LHC中將進行一系列實驗，全球各地的科學家小組會利用專用探測器來分析撞擊所產生的粒子。 Xlilinx FPGA的作用 當反向強子束以極高速度相撞時將會產生大量亞原子粒子。為監視撞擊生成的大量粒子，ALICE實驗中將利用特殊的光子探測器以亞毫米精度來測量每次撞擊產生的數以千萬計的粒子的軌跡位置。轉換輻射探測器(TRD)擁有120萬個模擬探頭。系統將每個模擬信號轉換為一個10MHz 10位數據流。540個單個探測器組合為18個超級模塊。這些單個模擬信號利用67000個前端芯片進行預處理。這樣，生成的原始數據流達每秒120Tbits。系統對數據進行預處理和壓縮后通過1080個光學鏈路發送出去。每條鏈路的數據速率達2.5 Gbps。這些光纜連接到載有90個軌跡匹配單元(TMU)卡的機架。每塊卡有12個光電轉換器，分別連接到一片賽靈思Virtex-4 FPGA的12個MGT收發器輸入。所有XC4VFXl00器件同時獨立完成第一級數據壓縮，并迅速處理并分類軌跡數據。總數據速率達2.7 Tbits/s的數據由120片賽靈思FPGA共同完成，其電90片FPGA在TMU機架上。ALICE設計人員將剩余的30片FPGA以樹形結構連接到更高級模塊。在樹形結構頂端的FPGA完成最終的觸發決策(捕捉重要內容并過濾冗余信息)。FPGA實現的強大算法幫助去除重復的冗余數據或不重要的數據，因此整個系統能夠在一毫秒內適配和選擇2000多個軌跡參數，同時避免了CERN數據處理和存儲系統的信息過載。每片XC4VFX100 FPGA集成有兩個IBM PowerPC微處理器，其中一個運行Linux操作系統來完成系統驗證和內部管理。 隨著賽靈思不斷推出更高階的產品，對撞機應用的FPGA也逐漸升級，從最早的virtex-4升級到virtex-5 、virtex-7。這個對撞機中還采用了10萬片ADI的數模轉換器。 |
