粒子加速器稱得上是名副其實的“超級顯微鏡”。“超級”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)模也越來越大?，F(xiàn)在世界上能量最高的歐洲強(qiáng)子對撞機(jī)，周長達(dá)27千米，四分之三在法國、四分之一在瑞士；正在設(shè)計中的未來大型對撞機(jī)，周長達(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，并開展實驗研究。其中最有希望達(dá)到高加速梯度、實現(xiàn)小型化的，是激光等離子體尾場加速器。激光具有很高的電磁場，在等離子體里產(chǎn)生的很強(qiáng)尾場（好比船在水里行駛后面產(chǎn)生的水波），可以達(dá)到每米1萬億伏的加速電場。這樣，就可能把27公里周長的歐洲強(qiáng)子對撞機(jī)做在一個幾十平方米的房間里。

　　但要真正實現(xiàn)，還有許多問題要解決，單從激光的功率、效率來說，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)過不懈的努力，終能建成高加速梯度的新型加速器和新型對撞機(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。實際上，每時每刻都有大量宇宙線粒子造訪地球、悄悄穿過我們的身體。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，新建成的國家“十三五”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施大型高海拔宇宙線觀測站，剛投入運行就探測到能量高達(dá)1千萬億電子伏的伽馬光子，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“翱翔計劃”支持下，北京市東直門中學(xué)在2016年，建成了國內(nèi)第一座中學(xué)宇宙線觀測站。現(xiàn)在校園宇宙線觀測聯(lián)盟已經(jīng)成立，在更多學(xué)校開展了宇宙線觀測活動。宇宙線觀測涉及物理學(xué)和天文學(xué)的前沿，實驗的方法和儀器包括探測器、電子學(xué)、計算機(jī)、自動控制、無線電定位、數(shù)據(jù)傳輸與處理等等許多近代物理知識和技術(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，參與探測器的制作，操作探測器的運行，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、開展物理分析，在真實的科學(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）