什麼是粒子對撞?如果粒子對撞失敗會發生什麼?可能導致滅頂之災

2021-01-09 黑洞追隨者

引言:為了更深入地研究基本粒子的性態,科學家們研發出了各種各樣的粒子對撞機,它們的作用就是利用兩個粒子對撞後產生的碎片來進行研究,粒子的速度越大撞擊的程度越劇烈,產生的碎片也越多。那麼很多人想知道,粒子對撞安全嗎?

人類對於微觀世界的研究還要追溯到顯微鏡被發明之前,但自從顯微鏡問世之後,人類仿佛獲得了窺探微觀世界的「鑰匙」,開始深入研究微觀世界。隨著研究的深入,科學家不再局限於細胞水平的微觀物質,而是向更基本的組成單位進發,從而在分子水平和原子水平,甚至是更細微的層次去研究物質。

眾所周知,地球上所有物質都由基本粒子組成,要想在粒子水平上研究物質的性質,就需要對基本粒子進行深入研究,那麼科學家們採取什麼樣的方法來進行研究呢?估計很多人都不會想到,竟然是利用兩個高速運動的粒子撞在一起,然後研究它們的性態。於是各種各樣的粒子對撞機開始被研發了出來,發達國家一般都有大型的粒子對撞機,一些發展中國家也有,例如中國。

那麼粒子對撞機的工作原理是什麼呢?正如其名,將粒子的速度提高到一定程度後讓它們相撞,粒子碰撞之後就會產生大量的碎片,科學家正是從這些碰撞後的碎片中窺探粒子的世界。按照原理來說,如果兩個相撞的粒子速度越大的話,那麼碰撞的程度就會越激烈,產生的碎片也會越多。就像兩輛車相撞,如果它們在相撞之前的加速度和速度越大,那麼相撞之後造成汽車毀壞的程度就越高。

據了解,目前世界上最強的粒子對撞機已經投入運行長達10年了,這十年來它通過粒子碰撞讓科學家們探索到了許多宇宙的奧秘,比如他們證實了上個世紀中期英國著名的物理學家希格斯提出的希格斯玻色子理論。不僅如此,它還承擔了一項有著深遠意義的任務,那就是幫助科學家研究宇宙的形態。

中國在這方面也有所發展,我國曾經建立起了一臺環形的正負電子對撞機,它的問世直接讓中國在這方面的水平提高了很多。據介紹,這臺環形粒子對撞機有一個明顯的優勢,那就是粒子能通過裡面的環形通道來獲得加速的距離,加速距離越長最終獲得的速度就越高,產生碰撞的效果就越好。然而正當許多國家的科學家都熱衷於利用粒子對撞機來研究粒子時,來自英國的一位科學家提出了自己的擔憂。

他認為這種裝置給科研人員的研究提供極大的便利的同時,也存在著巨大的風險,因為如果整個粒子對撞實驗操作出現失誤的話,粒子的對撞失敗就很有可能造成空間的撕裂,間接導致黑洞的出現。如果實驗室裡出現了小黑洞,那麼用不了多久它就會發展成大黑洞,最後把整個地球反噬掉。還有另外一種可能,粒子的碰撞還會產生一些奇怪的物質,科學家目前還不明確這些物質是什麼,但它們有可能會導致地球變成一顆擁有極高密度的小球體。

有人對這位科學家的言論提出質疑,但是歐洲核子研究組織早前就已經出面證實了,粒子對撞實驗的失敗是有可能產生黑洞的,但它不至於 將地球反噬掉。

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  • 粒子對撞機一旦失敗,真的會誕生黑洞嗎?科學家給出答案
    對於粒子對撞機而言,兩個粒子如果在同一軌道相向運動,然後以極大的相對速度撞上對方的話,就會產生大量的碎片,科學家們就是通過研究粒子對撞產生的碎片來探索宇宙的奧秘。類似汽車相撞,想要撞擊的碎片多,那麼提高粒子的相對速度是志在必得的,這也是目前科學家們努力的方向,藉此就可以解答宇宙更多的未知秘密。
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    在搞物理研究的這一領域,大型的粒子對撞機是不可或缺的工具。目前運行的世界最大的粒子對撞機是歐洲核子研究中心的LHC,其周長有27公裡,產生的對重能量為14Tev。據說我國將修建周長達52公裡的粒子對撞機,建成後其對撞能量將高達70 Tev。
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    然而,無論是大型強子對撞機,還是未來環形對撞機,都不大可能會告訴我們宇宙究竟是如何起源的。這些對撞機所能做的就是通過把重原子核相互撞擊而產生高密度的核物質,這種物質可能也存在於早期宇宙中。然而,即使是重原子核的碰撞也只能產生高密度核物質的微小團塊,而這些團塊幾乎會立即解體。理論上,它們的存在時間只有大約10^-23秒。事實上,這種情況一點也不像早期宇宙膨脹空間中的等離子湯。因此,這些實驗能告訴我們當時發生了什麼非常值得懷疑。
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    2013年諾貝爾物理學獎,頒給了弗朗索瓦·恩格勒(上)和彼得·希格斯(下),以表彰他們在發展賦予基本粒子以質量的希格斯機制方面所做的貢獻。圖片來源:news.com.au如果把物質分割得越來越小,會發生什麼?
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    ,大概每25納秒就會有兩個團簇在對撞點對撞,而這其中,只有極少的質子會真正的面對面對撞,其他的要麼只能隔空相望,要麼只是擦肩而過。粒子在磁場中受到洛倫茲力的作用下在環形真空室中不斷地迴旋,並在合適的地點,合適的時間在對撞點發生碰撞。
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    先不管到底誰的見解更有道理,我們先來看看到底粒子對撞機是何方神聖?它又對人類未來的發展到底有什麼作用?通俗來說,粒子對撞機不過一種設計為高能粒子相互碰撞的機器。粒子對撞機是由同步加速器(在同步加速器中,磁場強度與粒子的能量成正相關,以保證粒子的加速電場與電子繞加速器圓周運動的頻率一致)進化而來,粒子對撞機和回旋加速器的外形相似,均為環形。
  • ...著「上帝粒子」之稱的神秘粒子,被認為是宇宙中所有基本粒子的...
    如果最終證明希格斯粒子只是一種幻想,科學家將不得不回到原點重寫粒子物理學課本。  「某種程度上,它的重要性堪比創造了一切的上帝。」陳國明解釋說,「在宇宙大爆炸之初,希格斯粒子賦予基本粒子質量,使得物質得以形成、凝聚、演化,最終形成了星系,也形成了我們。」
  • 日本新型加速器「超級KEKB」對撞實驗取得成功
    【環球網科技報導 記者 王歡】據日本共同社4月26日報導,日本高能加速器研究機構(位於茨城縣)26日發布消息稱,新型加速器「超級KEKB」首次基本粒子對撞實驗取得成功。今後將通過反覆多次對撞,模擬與宇宙誕生之初相似的環境,尋找線索以了解存在諸多謎團的當時狀況。海外以及運轉至2010年的高能研舊型加速器也進行過相同的實驗。
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    如果最終證明希格斯粒子只是一種幻想,科學家將不得不回到原點重寫粒子物理學課本。  「某種程度上,它的重要性堪比創造了一切的上帝。」陳國明解釋說,「在宇宙大爆炸之初,希格斯粒子賦予基本粒子質量,使得物質得以形成、凝聚、演化,最終形成了星系,也形成了我們。」
  • 2013諾貝爾物理學獎深度解讀:希格斯粒子,賦予其他所有粒子以質量
    於是,我們從未見到過夸克和膠子以游離態的形式自由自在地漫遊,只能在質子和中子之類的粒子內部才能看到它們——強核力的作用範圍也不會超出亞原子尺度的範疇。至於標準模型中的第三種作用力,弱核力的強度相當弱,但如果沒有它,驅動太陽和其他恆星的放射性衰變就不會發生。這種力之所以微弱,大約是因為攜帶這種力的粒子——W玻色子和Z玻色子——質量幾乎是質子的100倍。