粒子加速器稱得上是名副其實(shí)的“超級(jí)顯微鏡”?！俺?jí)”既是指它功能強(qiáng)大，又指它規(guī)模巨大。隨著加速器能量的提高，它的規(guī)模也越來(lái)越大?，F(xiàn)在世界上能量最高的歐洲強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，周長(zhǎng)達(dá)27千米，四分之三在法國(guó)、四分之一在瑞士；正在設(shè)計(jì)中的未來(lái)大型對(duì)撞機(jī)，周長(zhǎng)達(dá)100千米。

　　科學(xué)家為探索新的、更有效的加速器原理不懈努力，提出了許多方案，并開展實(shí)驗(yàn)研究。其中最有希望達(dá)到高加速梯度、實(shí)現(xiàn)小型化的，是激光等離子體尾場(chǎng)加速器。激光具有很高的電磁場(chǎng)，在等離子體里產(chǎn)生的很強(qiáng)尾場(chǎng)（好比船在水里行駛后面產(chǎn)生的水波），可以達(dá)到每米1萬(wàn)億伏的加速電場(chǎng)。這樣，就可能把27公里周長(zhǎng)的歐洲強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)做在一個(gè)幾十平方米的房間里。

　　但要真正實(shí)現(xiàn)，還有許多問(wèn)題要解決，單從激光的功率、效率來(lái)說(shuō)，就需要提高1000倍以上。盡管存在許多困難和挑戰(zhàn)，科學(xué)家仍然相信，經(jīng)過(guò)不懈的努力，終能建成高加速梯度的新型加速器和新型對(duì)撞機(jī)，為人類探索物質(zhì)更深層次結(jié)構(gòu)的奧秘提供強(qiáng)大的武器。

　　以上的粒子加速器都是用人工方法產(chǎn)生高能粒子的裝置。實(shí)際上，每時(shí)每刻都有大量宇宙線粒子造訪地球、悄悄穿過(guò)我們的身體。宇宙線粒子的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工建造加速器的能量。在四川稻城4410米的海子山，新建成的國(guó)家“十三五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施大型高海拔宇宙線觀測(cè)站，剛投入運(yùn)行就探測(cè)到能量高達(dá)1千萬(wàn)億電子伏的伽馬光子，發(fā)現(xiàn)在銀河系存在大量天然加速器。這些粒子究竟來(lái)自哪里？他們是怎么產(chǎn)生的？又是怎么傳播的？這些都是天體物理學(xué)家和加速器物理學(xué)家共同關(guān)注的問(wèn)題。

　　宇宙線既是宇宙的信使，又是上天的禮物。利用天然加速器提供的這種免費(fèi)射線，可以開展科學(xué)研究、進(jìn)行科學(xué)教育。在北京市教委的“翱翔計(jì)劃”支持下，北京市東直門中學(xué)在2016年，建成了國(guó)內(nèi)第一座中學(xué)宇宙線觀測(cè)站。現(xiàn)在校園宇宙線觀測(cè)聯(lián)盟已經(jīng)成立，在更多學(xué)校開展了宇宙線觀測(cè)活動(dòng)。宇宙線觀測(cè)涉及物理學(xué)和天文學(xué)的前沿，實(shí)驗(yàn)的方法和儀器包括探測(cè)器、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、無(wú)線電定位、數(shù)據(jù)傳輸與處理等等許多近代物理知識(shí)和技術(shù)。在中學(xué)開展宇宙線研究，學(xué)生在科學(xué)家和老師的直接指導(dǎo)下，參與探測(cè)器的制作，操作探測(cè)器的運(yùn)行，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、開展物理分析，在真實(shí)的科學(xué)研究中得到訓(xùn)練，成為探索宇宙奧秘的小小科學(xué)家。（鐘蕾蕾 周雨涵）