走进欧洲核子研究中心的 NA62 实验
十多年来，来自世界各地的 200 多位科学家携手合作，怀着同一个目标：捕捉并观测极其罕见的粒子衰变，挑战粒子物理学的标准模型。在负责实验整体整合的技术协调员引领下，我们走进了 NA62 实验的核心区域，此时距离实验运行即将结束仅剩数日。
在一个阳光明媚的冬末清晨，我们的招待人 Hans Danielsson 开车带我们前往法国境内、CERN 最长的实验区——长达 270 米的北区，那里进行着 NA62 实验。
Hans 拥有物理学博士学位，1989 年离开故乡瑞典，到 CERN 进行量子力学方面的学位研究，追随他对物理的热爱，投身于他热爱的物理学事业。他的研究最初从 ATLAS 项目起步，后来全身心投入 NA62 实验，如今他面临的下一个、也是最终的挑战，可能是庞大的未来环形对撞机（Future Circular Collider）。
在 CERN 工作意味着在高度国际化和跨学科的文化氛围中，平衡理论与工程。物理学的研究不仅存在于方程之中，也体现在高科技的设备、线缆、连接器、电子学、机械公差与关键的技术维护中。因此，物理学家需要与多个支持团队密切合作，包括工程师、IT 专家、应用物理专家（如真空技术领域），以及工业合作伙伴，这一切共同汇聚在这座汇聚集体智慧的殿堂之中。
在 NA62 实验的第一阶段，也被称作介子工厂（kaon factory），科研人员将极强的质子束射向一个固定的薄铍靶，靶与靶之间由厚厚的辐射防护墙隔开，从而产生长寿命粒子。这个质子束来自于超级质子同步加速器（Super Proton Synchrotron），每秒可产生近 10 亿个粒子，其中约 6% 是介子（kaon），并会以多种方式衰变。实验的重点是研究其中一种极其罕见的衰变类型。更确切地说，NA62 测量带电介子衰变为带电 π 介子（pion）与中性微中子-反中微子对的速率。
探测并研究这种极罕见的介子衰变，每 100 亿次衰变中才有 1 次，就像大海捞针。这类特殊事件大约每月只发生两次，而每当它发生时，其持续时间也只有大约 200 米（一瞬间），速度接近光速。
NA62 实验装置位于欧洲核子研究中心北区（ 图片来源：欧洲核子研究中心）
当粒子进入大型真空罐后，就会被逐步探测与筛选。首先，名为 CEDAR 的探测器通过探测粒子束中介子的辐射来识别它们。然后，硅像素探测器确定它们的路径。随后稻草状光谱仪、RICH 探测器、稻草探测器以及全球最精确的液氪量热计继续对衰变粒子进行追踪。
NA62 的探测器分布在 240 米长的空间中，正好覆盖了粒子可能发生衰变的整个长度。因此，在这条笔直而宽长的实验大厅里，一切都经过精心优化，以便捕捉那些在衰变前能飞行一段距离的粒子。
我从来没遇到过雷莫连接器出现问题
在像 NA62 这样研究超罕见事件物理的实验中，每一个信号都至关重要。
所有信号都始于可靠的连接。
当我们在实验大厅中行走，聆听汉斯讲解实验原理时，一边看到实验设备上分布着数百个雷莫连接器。连接器主要为高压与同轴系列，包括 S 系列和 NIM-CAMAC 00 系列。当我们询问这些关键任务用连接器的最重要要求时，汉斯只用一个词回答：“可靠性”。自 1989 年加入 CERN 以来，他“从来没遇到过雷莫连接器出现问题”。
为什么社会应该关注如此复杂的研究？
因为它深入探究了宇宙的基本构成，触及人类日常经验之外的领域。尽管基础研究可能看起来抽象、复杂、难以理解，但对罕见介子衰变的探索正推动着精密测量、电子设备可靠性及数据处理等领域的创新，而这些技术最终会以意想不到的方式造福社会。在这些领域中得到验证的技术，往往被应用于医学影像系统、癌症治疗、航天仪器、工业测量、高速通信系统等多个领域。
正如 Hans 在我们参观结束时精准地总结道：“相比实际应用，更重要的是探索宇宙与物质奥秘，是人类的天性。通过建立模型、理解无限微小的世界，我们或许终将理解那无比宏大的宇宙。”
文章作者：Judit Hollos Spoerli，雷莫企业传播经理
