印第安纳大学团队参与大型强子对撞机探测器升级

2026年7月28日，印第安纳大学物理学家正参与一项国际科研合作，准备在位于瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心大型强子对撞机(LHC)上安装新的粒子探测器组件，以提升科学家研究宇宙基本组成单元的能力。

大型强子对撞机是目前世界上最大的粒子加速器，通过使质子以接近光速的速度发生碰撞，并分析碰撞后产生的粒子，帮助研究人员探索物质结构和基本相互作用。印第安纳大学是ATLAS实验合作组成员之一。该合作组由40多个国家约245所机构组成，数千名科研人员共同参与相关探测和测量工作。

印第安纳大学文理学院物理学教授哈罗德·“哈尔”·埃文斯担任此次升级项目相关工作的副经理。该项目中，美国承担的份额约为3亿美元。印第安纳大学自2009年ATLAS实验开始运行以来一直参与其中。

据介绍，LHC刚结束为期数年的第三阶段运行。在这一阶段，LHC记录的碰撞数据量已超过第一、第二阶段运行数据总和的两倍。接下来，LHC将进入约三年的停机维护期，工作人员将对设备进行重建，以产生强度更高的质子束。印第安纳大学及合作伙伴将利用这段时间安装此前多年设计和制造的探测器升级装置。

此次升级的一项重要挑战是数据处理能力。埃文斯表示，升级完成后，探测器每秒需要处理的碰撞数据量将比现在增加约10倍。印第安纳大学团队正在设计可运行于探测器专用芯片上的算法，借助机器学习技术，在十亿分之一秒内判断哪些碰撞数据值得保留、哪些应被舍弃。这类实时筛选海量高速数据的技术，未来也可能用于ATLAS系统之外的相关应用场景。

从科学目标看，研究人员希望借助升级后的LHC进一步检验粒子物理标准模型。标准模型能够高精度预测许多实验结果，但仍无法解释暗物质以及中微子的一些特殊行为。科学家也希望通过更高性能的探测系统，寻找标准模型之外的新线索。

埃文斯团队关注的重点之一是双希格斯玻色子事件。此类事件极其罕见，精确测量其发生率有助于揭示宇宙基本结构。研究人员还希望通过相关实验寻找超对称等理论的迹象。超对称理论认为，每一种已知粒子都可能对应一种更重的伴随粒子;如果该理论成立，或有助于解释暗物质的组成。

埃文斯表示，目前人类对宇宙基本组成单元已有相当深入的认识，而升级后的大型强子对撞机将帮助科学家继续追问：是否还存在尚未发现的基本组成单元，以及这些发现将如何影响人类对量子力学和宇宙运行方式的理解。