強(qiáng)子對撞機(jī)介紹

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1、2008-10-05?

2、?強(qiáng)子對撞機(jī)（清風(fēng)編輯）標(biāo)簽：強(qiáng)子對撞機(jī)?大型強(qiáng)子對撞機(jī)?????搜狐科學(xué)綜合報道，2008年科學(xué)界最引人矚目的事件，恐怕就是大型強(qiáng)子對撞機(jī)開始運轉(zhuǎn)了，因為它將揭示宇宙起源之謎。歐洲粒子物理研究中心日前宣布，大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)，準(zhǔn)備迎接有史以來人為的最高能量粒子相互對撞，為人類解開宇宙誕生的奧秘?！　?LHC是一座位于瑞士日內(nèi)瓦近郊，歐洲粒子物理研究中心的粒子加速器與對撞機(jī)，作為國際高能物理學(xué)研究最前沿、最尖端、最大型的實驗設(shè)備。???????LHC經(jīng)過9年建設(shè)后，預(yù)計于2008年9月1

3、0日開始運作，屆時將成為世界上最大型的粒子加速器設(shè)施。它是一個國際合作的計劃，由34個國家2000多位物理學(xué)家所屬的大學(xué)與實驗室共同出資合作興建的?！　?LHC包含了一個圓周為27公里的圓形隧道，位于地下50－150米地層里。它由先前大型正電子加速器所使用隧道的再利用。隧道本身直徑3米，貫穿于瑞士與法國邊境。但許多地面設(shè)施如冷卻壓縮機(jī)，通風(fēng)設(shè)備，控制電機(jī)設(shè)備，還有冷凍槽等等卻是后來添加上去的。加速器通道中，主要是放置兩個質(zhì)子束管。加速管由超導(dǎo)磁鐵所包裹，用液態(tài)氦來冷卻。管中的質(zhì)子流是以相反的方向，環(huán)繞著整個環(huán)型加速器

4、運行的?！　∫坏㎜HC開始運行，將產(chǎn)生出能量極為強(qiáng)大的質(zhì)子束流。約有7000塊磁鐵被液態(tài)氦冷卻到絕對溫度－273K。維持在超導(dǎo)狀態(tài)運行，引導(dǎo)并聚焦著兩個質(zhì)子束流。質(zhì)子束流的速度可達(dá)光速的99.9999991%。每個質(zhì)子攜帶的能量將達(dá)到7萬億電子伏特，相當(dāng)于質(zhì)子靜止質(zhì)量所含能量的7000倍（參照愛因斯坦質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式E=mc2）。目前最高能量記錄保持者，是美國費米從事的實驗室，達(dá)到萬億電子伏特正負(fù)質(zhì)子對撞機(jī)。而大型強(qiáng)子對撞器所產(chǎn)生的質(zhì)子能量，將是費米記錄的7倍。而且根據(jù)設(shè)計參數(shù)，其產(chǎn)生的束流強(qiáng)度（也稱亮度），將是萬億電子

5、伏特正負(fù)質(zhì)子對撞機(jī)束流的40倍。當(dāng)它以最高能量狀態(tài)滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)時，在巨型圓環(huán)中繞行的所有粒子攜帶的總能量，大約相當(dāng)于900輛時速100公里的小轎車所具有的總動能。?????LHC不僅是世界上功能最強(qiáng)大的粒子加速器，也是世界上規(guī)模最大的機(jī)器，人力、物力投資和預(yù)期的科研成果，都躋身于“超大型科學(xué)實驗”排行首位。LHC的研發(fā)，使一向低調(diào)的歐洲粒子物理研究中心備受關(guān)注：如此大型的實驗機(jī)器，其意義究竟何在？用斯蒂芬－霍金的話來回答：“這項試驗將宣布物理學(xué)上一個新的黃金時代即將到來?！薄　?物理學(xué)家希望借由加速器對撞機(jī)來幫助他們解

6、答下列的問題：（1）當(dāng)重子的質(zhì)量被更精確的測量時，標(biāo)準(zhǔn)模型是否仍然成立的？（2）粒子是否有相對應(yīng)的超對稱(SUSY)粒子存在？（3）為何物質(zhì)與反物質(zhì)是不對稱的？（4）有更高維度的空間存在嗎？（5）我們可以見到這啟發(fā)弦論的現(xiàn)象嗎？（6）宇宙有96%的質(zhì)量是目前天文學(xué)上無法觀測到的，這些到底是什么？（7）為何重力比起其他三個基本作用力(電磁力，強(qiáng)作用力，弱作用力)差了這么多個數(shù)量級？?????LHC的建造經(jīng)費：最初一筆是1995年通過的26億瑞朗，后加一筆2.1億瑞朗。然而經(jīng)費超支嚴(yán)重，到了01年增加了4.8瑞朗，用于加

7、速器的建造。從05－07年又增加了1.8億瑞朗，用于超導(dǎo)磁鐵的制造上。?另外，在興建放置CMS的地下洞穴時，遭遇到工程技術(shù)上的困難。預(yù)計總建造約為80億美元?！　?大型強(qiáng)子對撞機(jī)為何建造得如此巨大？事實上，你應(yīng)該要問為什么它建造得如此渺?。看鸢甘菫榱斯?jié)省成本。物理學(xué)家們沒有開鑿一條昂貴的新隧道來容納新的對撞機(jī)，而是決定拆掉原來安置在歐洲原子核研究中心的正負(fù)電子加速器，代之而起，用來建造大型強(qiáng)子對撞機(jī)所需要的５萬噸設(shè)備。當(dāng)兩個質(zhì)子束在環(huán)形隧道中沿著相反方向運動的時候，強(qiáng)大的電場使它們的能量急劇增加。這些粒子每運行一圈，

8、就會獲得更多的能量。要保持如此高能量的質(zhì)子束繼續(xù)運行，需要非常強(qiáng)大的磁場。而超強(qiáng)的磁場是由冷卻到接近絕對零度的超導(dǎo)電磁體產(chǎn)生的。???????根據(jù)設(shè)計，粒子加速器將先按反時針方向，把一道亞原子的粒子束的運行速度提升到接近光速。然后再用順時針方向，引發(fā)另一道粒子束提升到接近光速，使它們正面相互撞擊。粒子對撞時將產(chǎn)生令人畏懼的核反應(yīng)能量，瞬間產(chǎn)生的熱度比太陽還要熾熱10萬倍，相當(dāng)于宇宙初始的大爆炸。借助強(qiáng)子對撞機(jī)巨大能量，目的是為了探索“上帝粒子”（即希格斯玻色子）是否存在？???????希望借助這臺世界最大的粒子加速器

9、，以接近光的速度和力量撞擊質(zhì)子，讓宇宙大爆炸再次上演，從而揭開宇宙形成之謎。也有科學(xué)家擔(dān)心這樣做會形成黑洞，使地球毀滅?！〉珔⑴c這個試驗的科學(xué)家詹尼興奮地說：“我們將進(jìn)入高能物理學(xué)一個新的里程碑?！薄　?然而大型強(qiáng)子對撞機(jī)命運多舛。自從LHC建立以來，反對之聲不絕于耳。有個學(xué)者創(chuàng)建了粒子模型試圖證明：LHC運轉(zhuǎn)的結(jié)果只能是“空無一物”。LHC運