一篇来自欧洲核子研究中心(CERN)的报道，题为“高能物理如何帮助解决水资源的短缺”，介绍的是专用在大型强子对撞机(LHC)探测器上的光纤传感技术在干旱的黎巴嫩有了新用途。是否有点“天方夜谭”？高大上的高能物理前沿技术与干旱的黎巴嫩挂上了钩，这可能么？
报道中的照片拍摄地是黎巴嫩的一片干旱土地，技术人员正在调试一种“光纤传感器”，准备进行优化灌溉的实地测试，而这种先进的光纤传感器技术来自CERN的CMS。
CMS(Compact Muon Solenoid)是LHC上的大型粒子探测器之一，曾为LHC捕捉到“上帝粒子”——希格斯玻色子立下了汗马功劳。CMS的规模绝对超过一般人的想象(长21.6米，直径15米，总重量约14000吨，约合465架波音737)。CMS从中心向外，由硅径迹室、电磁量能器、强子量能器、超导线圈、缪子探测器等子探测器组成，结构极为复杂。
CMS国际合作组由40多个国家约200个研究所/大学的4000多名科学家、工程师、技术人员及学生组成。基于CERN对国际合作组成员开放获取的承诺，CMS的相关技术与科学成果由合作者共享，而CMS收集的数据通过LHC的全球计算网格与几个计算中心共享，然后再分发给40多个国家的科学家进行物理分析。
当LHC运行时，CMS处于强磁场以及强辐射环境下，工作条件极为不稳定。为了便于及时发现问题保证实验的顺利进行，需要追踪探测器整体，特别是对位于探测器轴线中心位置具有较高灵敏度的硅径迹室的温度及湿度需要进行实时追踪。这是因为无论是温度还是湿度，只要有突然的变化就预示探测器可能有问题存在。
由于CMS中已经安装了大量的探测元件和电缆，完全没有空间进一步安装传统的温湿度监测系统。而且，在LHC运行过程中的强磁场和强辐射影响，传统的温湿度电子传感器件无法发挥良好的功能。CMS合作组采用了一种被称为“光纤布拉格光栅(FBG)”的传感技术方案，即在纤细的光纤芯上用激光蚀刻上极为细小的镜子，形成周期性的作为波长选择镜微结构的“布拉格光栅”。
光纤布拉格光栅一般用于温度传感，温度的上升或下降将分别导致光纤材料的膨胀或收缩，对光栅细小镜子之间的距离产生影响，这种变化可由数据采集读出系统提供的数据显示出反射光波长的变化，即可了解传感器周围温度的精确变化数据。
CMS合作组成员，意大利萨尼奥大学和那不勒斯大学的科学家们专门为CMS研发了一种新型光纤材料。这种材料对湿度十分敏感，不同的湿度下材料的膨胀或收缩对光纤芯上所蚀刻的细小镜子之间的距离产生影响，这样传感器就能给出湿度的精确变化情况了。与此类似，还可利用特定光纤材料的变形来监测探测器结构的应变等其它参数。
再来看看中东的黎巴嫩。中东地区的年降雨量很小，主要水源是约旦河。虽然黎巴嫩西侧与地中海相连，但它与其他中东国家一样黄沙满地，撒哈拉沙漠、阿拉伯沙漠和地中海以东的沙漠覆盖并威胁着黎巴嫩的大片国土，缺水问题极为严重。近些年来，由于人口的增长及淡水水源的紧缺，黎巴嫩面临更严峻的挑战，既要尽可能多地生产粮食、蔬菜，又要尽少地使用水灌溉，迫切需要一种能科学控制农业灌溉用水的先进技术。
2015年12月，CERN与黎巴嫩国家科学研究委员会签署了“科学研究国际合作协议”，这是CERN首次将其科研合作活动扩展到中东地区。在此协议下，黎巴嫩科学家参加LHC的重离子研究项目，黎巴嫩大学加入CMS国际合作组，参加相关软件的升级工作。基于CERN对国际合作组成员作出的开放获取的承诺，黎巴嫩大学的科学家们从CMS提供的技术共享项目列表中选中了“光纤传感技术”。
2016年6月至7月，为确定CMS的光纤传感器是否能在黎巴嫩粘性很重的土壤中发挥作用需要做一些前期准备。黎巴嫩大学的研究人员特地将10公斤黎巴嫩贝卡谷地的高粘性土壤运到意大利萨尼奥大学的实验室进行测试，研究人员在黎巴嫩农业研究所的一片试验地里安装了4个由10个光纤传感器组成的阵列，用来实地测试土壤的水分含量。
可喜的是，这项研究得到了英国-黎巴嫩技术中心的青睐，该技术中心决定支持“灌溉光纤传感系统”项目，为该项目提供资金并负责在各参与方之间进行协调。
FOSS4I合作的关键是CERN的高能物理研究应用于社会科学技术及经济发展的开放原则。FOSS4I所有硬件将在CERN的开放硬件许可下发布，并且在该合作项目终止后的两年内，相关软件还将继续以开源码的许可方式发布。
FOSS4I项目组成员需要进一步梳理更多的土壤参数，设计开发有更高感知能力的供灌溉用的光纤传感器——智能光纤。这个阶段的目标有两个：一个是设计应用于灌溉的低成本数据采集系统，另一个目标是开展生产农用智能光纤的可行性研究。
基于CMS的光纤布拉格光栅传感技术，新的灌溉光纤传感系统应能提供长达约100千米的破坏性最小的传感器，无需供电就可测量农田土壤中的温度、湿度、农药、肥料和酶浓度等参数。该系统必须灵敏度高、重量轻、能远距离监测、安装简单、成本低，能方便地实现灌溉优化，达到节水及提高作物产量的目的，同时也有助于减少化肥和杀虫剂的使用量，有利于帮助农民建立可持续发展的生产机制。
看来，“高能物理帮助解决水资源的短缺”并不是天方夜谭，一切正在按计划进行之中！