揭秘世界最大粒子加速器:大型強子對撞機(組圖)

2021-01-09 搜狐網

　　【搜狐科學消息】　據美國《波士頓全球報》報導，歐洲核子研究中心已於7日宣布將於9月10日啟動大型強子對撞機(LHC)，希望藉助這臺世界最大的粒子加速器揭開宇宙起源的奧秘。

　　大型強子對撞機不僅是世界最大的粒子加速器，同時也是世界最大的機器。這個27公裡長的粒子加速器，位於瑞士、法國邊境地區的地下100米深的環形隧道中，隧道全長26.659公裡，建設耗資超過60億美元。目前它即將開始第一次粒子束流試驗，這次大型強子對撞機試運行是粒子物理學史上規模最大的一次試驗。來自數十個國家和地區的二千多名物理學家參與了這一項目。研究人員希望大型強子對撞機能發現粒子物理學的「聖杯」希格斯玻色子的存在。希格斯玻色子由英國科學家彼得·希格斯於上世紀６０年代提出，完美地解釋了物質質量之源，是所謂「標準模型」粒子物理學理論中最後一種未被證實的粒子，也稱「上帝粒子」。

　　據悉，歐洲粒子物理研究所(CERN)準備在8月首先進行一次小型試驗，之後在9月進行一次全軌道試運行。這次試運行從檢驗對撞機８個組成部分的冷卻性能開始，隨後對機內1600個超導電磁體作電學測試。科學家還將檢驗對撞機各組成部分電路，並讓各部分同時起動，檢測對撞機整體運行狀況，以確保系統有能力把質子加速到帶有五兆電子伏特的能量。接下來，科學家計劃在今年底前正式實施粒子對撞試驗。開始試驗前的最後一個步驟是將整個大型強子對撞機冷卻到零下271.25攝氏度(零下456.25華氏度) ，接近絕對零度的低溫。

　　在整套系統中，粒子是先從較小的加速器出發，逐次提高能量，最後才進入最大的LHC，而超級質子同步加速器(SPS) 就是LHC的前一站。CERN指出，這兩個機器之間的時間配合，要達到比十億分之一秒還短暫的精確度。當質子流的繞行穩定後，就可以進行對撞。但由於質子的體積太小、速度太快，並非一開始運轉就必定有對撞發生，因此還需逐次調校提高精準度。

　　下面是從歐洲粒子物理研究所獲得的相關照片，表明在過去幾年中大型強子對撞機以及幾個比較大的實驗儀器的不同階段的建設情況，其中一些實驗儀器體積非常龐大，比7層樓還高。（元元）

　　這是無塵室裡的壓縮μ介子螺線管（CMS）實驗跟蹤器外筒(TOB)的場景。壓縮μ介子線圈是大型強子對撞機兩個通用實驗儀器之一，是專門設計來探測萬億能標(terascale)的物理學領域。萬億能標是一個能量區，物理學家認為他們可通過這個能量區找到21世紀粒子物理學核心問題的答案。當兩個基本粒子的總能量達到大約1萬億電子伏特，並迎頭相撞時，一個物理學新世界將展現在我們眼前。大型強子對撞機將引領我們探索萬億能標的世界。

　　能標從幾個電子伏特上升到萬億電子伏特的過程，猶如一趟奇異的旅行，從我們熟悉的領域出發，經歷一個個截然不同的世界：從能標最低的化學和固態電子學（幾個電子伏特），到能標中等的核反應（百萬電子伏特），再到物理學家已經持續探索了半個世紀之久的粒子物理世界（十億電子伏特）。

(責任編輯：史少晨)

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