標籤: 暫無標籤

高能物理對撞機可以按照其加速粒子的種類進行分類,強子對撞機是其中一種,它加速的粒子是強子。由夸克組成的粒子稱為強子,它包括重子和介子。在重子中,相對穩定的是質子和中子,而中子不帶電,無法實現加速過程。也就是說,目前可行的強子對撞機所加速的粒子是質子。當前世界上能量最高的強子對撞機位於瑞士日內瓦,由歐洲核子研究中心建造的大型強子對撞機將投入運行,屆時將成為世界上能量最高的強子對撞機,它能使質子-質子在14TeV的質心能下對撞。

1外觀

大型強子對撞機磁體高16米,長、寬均有10多米,重達1920噸。工程技術人員專門建造了一個巨型吊架,用4根粗鋼纜吊住這個磁體,藉助液壓頂泵將磁體緩慢放入隧道。它長達27公里的環形隧道可被用來加速粒子,使其相撞,創造出與宇宙大爆炸萬億分之一秒時類似的狀態。在高能物理實驗中,粒子加速器和探測器是常用設備。探測器用來探測碰撞產生的微小粒子,記錄粒子能量、質量等信息。強子對撞機上共有4個對撞點,各裝有一個探測器,其中一個為CMS(緊湊型μ介子螺線管)探測器。

2 追尋質量的起源 揭秘歐洲大型強子對撞機

地球上最大的「粒子粉碎機」一路走來可謂多災多難,現在又遇到了麻煩。兩位美國公民日前對歐洲大型強子對撞機(LHC)計劃提出了訴訟,要求推遲這一「粒子粉碎機」開動的時間。他們聲稱,LHC可能產生危險的粒子或者微型黑洞,從而毀滅整個地球。
建造在瑞士歐洲粒子物理中心(CERN)的LHC眼看就要完工了,科學家希望它能在今年7月中旬開始運行。然而,3月21日,居住在夏威夷的Luis Sancho和Walter Wagner針對CERN和美國一些科研機構,向美國聯邦地方法院提出了訴訟,要求在安全性得到證實之前,不啟動LHC對撞計劃。他們點名的美國科研機構包括能源部、國家自然科學基金會和芝加哥附近的費米實驗室。
美國能源部和費米實驗室不會對此發表評論,它們堅持認為這是一項應由司法部處理的法律案件。而CERN的一位發言人James Gillies則表示,這項訴訟要求是「徹底的胡說」。「LHC將在今年啟動,並創造出各種關於宇宙的激動人心的新物理學認識。」他補充道,「從現在開始一年之後,世界還在那裡。」
LHC將把質子加速到具有巨大的能量並進行對撞「粉碎」,從而模擬大爆炸后不足十億分之一秒的情況。物理學家希望藉此來解開長期以來的重大和基本難題,比如粒子為何存在質量(即驗證希波斯粒子 即上帝粒子)、空間是否隱藏著額外的維度等等。
然而,Sancho和Wagner的訴訟提出了一些理論假想――LHC可能製造出吞沒地球粒子,比如「殺手奇異子」(一種包含非通常夸克的假想粒子物質)。如果一種奇異子十分穩定並且帶有負電,那它們就有可能「吃」普通物質的核子,並將其轉變為奇怪的物質。最終,一系列危險的連鎖反應會毀滅整個地球和每一個人。
實際上,2003年關於LHC安全性的評審報告就認為,「它沒有導致任何可能的威脅出現的基礎」。儘管該報告承認,該加速器有微小几率能創造出短暫的迷你黑洞或者磁單極子,從而破壞普通原子的質子,但它得出結論認為,任何一種假想的情況都不會導致災難。而一個更新版本的安全評估報告很快也會發布,此外,物理學家還打算在4月6日CERN的一個招待會上討論安全性問題。事實上,在美國Brookhaven國家實驗室當年興建「相對論重離子對撞機」(RHIC)時,Wagner就提出過類似的利害關係。Gillies說:「RHIC於2000年就開始運行了,我們現在還不是好好的。」此外,他補充道,比LHC高得多的能量碰撞在自然界也頻繁發生,宇宙射線粒子能以接近光速穿過銀河系周圍。月球已經經歷了50億年的這種碰撞影響,也沒有被哪個貪婪的黑洞或者殺手奇異子毀滅。
然而,Sancho和Wagner認為,CERN的安全性評審「馬馬虎虎」,低估了潛在風險,而且上述的宇宙射線辯解也是誤導性的。他們在訴訟文件中稱:「被告不經意間將創造出一種危險的物質形式……或者不安全的物理學環境狀態,這種影響在範圍上可能同是局部和國家層面的,並且波及每一個人。這是毫無疑問的。」

3大型強子對撞機數據「之最」

自從1980年「大型強子對撞機」的構想首度出現以來,歷經近30年,這一「世界上最大的機器」終於從夢想成為現實,即將於今年9月開始投入運行。現擷取一些有關它的數據「之最」,記錄如下:
地球上最快的「軌道」
如果「開足馬力」,數以百萬計的粒子將在環形隧道內以每秒11245圈的速度「狂飆」,約等於光速的99.99%。
最熱與最冷的機器
大型強子對撞機是個既極端熱又極端冷的機器。當兩束粒子流對撞的時候,碰撞點將產生極端高溫,可以達到太陽中心溫度的10萬倍。而與之形成鮮明對比的是,由於採用了超流體氦冷卻等手段,對撞機中粒子運行的加速腔在工作時的溫度僅為零下271.3攝氏度(1.9開),比遙遠的太空還要冷。

全球最強大的超級計算機系統

大型強子對撞機上進行的每一個大型試驗一年所獲得的數據,可以刻滿十萬張雙層DVD。為了對這些數據進行分析,世界各地成千上萬名科學家都參與進來,他們所使用的數萬台甚至數十萬台計算機藉助分散式計算網路(網格計算)聯合在一起,這也構成了全球最強大的超級計算機系統。

4粒子物理學的「聖杯」——希格斯玻色子

人們早已發現,自然界中物體之間千差萬別的相互作用,可以簡單劃分為4種力:即引力、電磁力、維持原子核的強作用力和產生放射衰變的弱作用力。在愛因斯坦的相對論解決了重力問題后,人們開始嘗試建立一個統一的模型,以期解釋通過後3種力相互作用的所有粒子。
經過長期研究和探索,科學家們建立起被稱為「標準模型」的粒子物理學理論,它把基本粒子(構成物質的亞原子結構)分成3大類:夸克、輕子與玻色子。「標準模型」的出現,使得各種粒子如萬鳥歸林般擁有了一個共同的「家園」。但是這一「家園」有個致命缺陷,那就是該模型無法解釋物質質量的來源。
為了修補上述理論大廈的缺陷,英國科學家彼得?希格斯提出了希格斯場的存在,並進而預言了希格斯玻色子的存在。假設出的希格斯玻色子是物質的質量之源,是電子和夸克等形成質量的基礎。其他粒子在希格斯玻色子構成的「海洋」中游弋,受其作用而產生慣性,最終才有了質量。爾後所有的粒子在除引力外的另3種力的框架中相互作用,統一於「標準模型」之下,構築成大千世界。
「標準模型」預言了62種基本粒子的存在,這些粒子基本都已被實驗所證實,而希格斯玻色子是最後一種未被發現的基本粒子。因此,尋找該粒子,被比喻為尋找粒子物理學領域的「聖杯」。
歐洲大型強子對撞機(LargeHadronCollider,簡稱LHC)被稱為世界規模最龐大的科學工程,它將利用高速粒子束相撞產生的巨大能量,重建「大爆炸」發生后的宇宙形態。然而這個「巨無霸」在距離啟動只有幾天的時候依然官司纏身。歐洲和美國的反對人士分別向當地法院提出起訴,要求叫停或推遲這個項目,他們的理由是,LHC能產生危險的粒子或者微型黑洞,從而毀滅整個地球。
19號中午,歐洲核子研究中心大型強子對撞機發生隧道內嚴重氦泄漏事故。目前,泄漏原因不詳,歐洲核子研究中心計劃在周末對事故進行調查。
上一篇[黑球溫度]    下一篇 [統計熱力學]

相關評論

同義詞:暫無同義詞