强子对撞机介绍.doc

2008-10-05|强子对撞机（清风编辑） 标签： 强子对撞机 大型强子对撞机 搜狐科学综合报道，2008年科学界最引人瞩目的事件，恐怕就是大型强子对撞机开始运转了，因为它将揭示宇宙起源之谜。欧洲粒子物理研究中心日前宣布，大型强子对撞机(LHC)，准备迎接有史以来人为的最高能量粒子相互对撞，为人类解开宇宙诞生的奥秘。 LHC是一座位于瑞士日内瓦近郊，欧洲粒子物理研究中心的粒子加速器与对撞机，作为国际高能物理学研究最前沿、最尖端、最大型的实验设备。 LHC经过9年建设后，预计于2008年9月10日开始运作，届时将成为世界上最大型的粒子加速器设施。它是一个国际合作的计划，由34个国家2000多位物理学家所属的大学与实验室共同出资合作兴建的。 LHC包含了一个圆周为27公里的圆形隧道，位于地下50150米地层里。它由先前大型正电子加速器所使用隧道的再利用。隧道本身直径3米，贯穿于瑞士与法国边境。但许多地面设施如冷却压缩机，通风设备，控制电机设备，还有冷冻槽等等却是后来添加上去的。加速器通道中，主要是放置两个质子束管。加速管由超导磁铁所包裹，用液态氦来冷却。管中的质子流是以相反的方向，环绕着整个环型加速器运行的。一旦LHC开始运行，将产生出能量极为强大的质子束流。约有7000块磁铁被液态氦冷却到绝对温度273K。维持在超导状态运行，引导并聚焦着两个质子束流。质子束流的速度可达光速的99.9999991%。每个质子携带的能量将达到7万亿电子伏特，相当于质子静止质量所含能量的7000倍（参照爱因斯坦质能转换公式E = mc2）。目前最高能量记录保持者，是美国费米从事的实验室，达到万亿电子伏特正负质子对撞机。而大型强子对撞器所产生的质子能量，将是费米记录的7倍。而且根据设计参数，其产生的束流强度（也称亮度），将是万亿电子伏特正负质子对撞机束流的40倍。当它以最高能量状态满负荷运转时，在巨型圆环中绕行的所有粒子携带的总能量，大约相当于900辆时速100公里的小轿车所具有的总动能。 LHC不仅是世界上功能最强大的粒子加速器，也是世界上规模最大的机器，人力、物力投资和预期的科研成果，都跻身于“超大型科学实验”排行首位。LHC的研发，使一向低调的欧洲粒子物理研究中心备受关注：如此大型的实验机器，其意义究竟何在？用斯蒂芬霍金的话来回答：“这项试验将宣布物理学上一个新的黄金时代即将到来。”物理学家希望借由加速器对撞机来帮助他们解答下列的问题：（1）当重子的质量被更精确的测量时，标准模型是否仍然成立的？（2）粒子是否有相对应的超对称(SUSY)粒子存在？（3）为何物质与反物质是不对称的？（4）有更高维度的空间存在吗？（5）我们可以见到这启发弦论的现象吗？（6）宇宙有96%的质量是目前天文学上无法观测到的，这些到底是什么？（7）为何重力比起其他三个基本作用力(电磁力，强作用力，弱作用力)差了这么多个数量级？ LHC的建造经费：最初一笔是1995年通过的26亿瑞朗，后加一笔2.1亿瑞朗。然而经费超支严重，到了01年增加了4.8瑞朗，用于加速器的建造。从0507年又增加了1.8亿瑞朗，用于超导磁铁的制造上。另外，在兴建放置CMS的地下洞穴时，遭遇到工程技术上的困难。预计总建造约为80亿美元。 大型强子对撞机为何建造得如此巨大？事实上，你应该要问为什么它建造得如此渺小？答案是为了节省成本。物理学家们没有开凿一条昂贵的新隧道来容纳新的对撞机，而是决定拆掉原来安置在欧洲原子核研究中心的正负电子加速器，代之而起，用来建造大型强子对撞机所需要的万吨设备。当两个质子束在环形隧道中沿着相反方向运动的时候，强大的电场使它们的能量急剧增加。这些粒子每运行一圈，就会获得更多的能量。要保持如此高能量的质子束继续运行，需要非常强大的磁场。而超强的磁场是由冷却到接近绝对零度的超导电磁体产生的。根据设计，粒子加速器将先按反时针方向，把一道亚原子的粒子束的运行速度提升到接近光速。然后再用顺时针方向，引发另一道粒子束提升到接近光速，使它们正面相互撞击。粒子对撞时将产生令人畏惧的核反应能量，瞬间产生的热度比太阳还要炽热10万倍，相当于宇宙初始的大爆炸。借助强子对撞机巨大能量，目的是为了探索“上帝粒子”（即希格斯玻色子）是否存在？希望借助这台世界最大的粒子加速器，以接近光的速度和力量撞击质子，让宇宙大爆炸再次上演，从而揭开宇宙形成之谜。也有科学家担心这样做会形成黑洞，使地球毁灭。但参与这个试验的科学家詹尼兴奋地说：“我们将进入高能物理学一个新的里程碑。” 然而大型强子对撞机命运多舛。自从LHC建立以来，反对之声不绝于耳。有个学者创建了粒子模型试图证明：LHC运转的结果只能是“空无一物”。LHC运转根本不可能找到“格斯粒子”。顶多只能停留在超质子同步加速器的水平；对夸克与轻子只能分到第3代，LHC不会重大作为而有所突破，对质子标准模型的完善也毫无意义；也许束流对撞的结果会产生不同的物质，但如果说这就与宇宙的形成有关，那未免太荒唐了。 此外，美国两位科学家瓦格纳和桑科，于2008年3月21日在檀香山联邦地方法院提起诉讼，称强子对撞机可能产生形成黑洞的物质，从而导致地球、甚至宇宙毁灭的可怕后果。他们坚持认为，欧洲粒子物理研究中心的科学家在各种灾难性的可预见性后果中，刻意贬低大型强子对撞机产生黑洞的可能性。大型强子对撞机为了破解五大谜团（尚力撰写，清风缩写） 大型强子对撞机（LHC），要让两束运动方向相反的粒子流，进行正面加速后猛烈碰撞。其碰撞所释放的能量相当于一辆重400吨的火车，以每小时200公里的速度前进时所具有的能量。质子彼此撞击能产生出14万亿电子伏特的高能粒子，相当于费米纪录的7倍。欧美日等世界34个国家，先后投入了将近100亿美元巨额资金。 世界最大的强子对撞机将破解宇宙五大谜团，大到宇宙起源之谜，小到微观粒子世界之奇。1.粒子的质量问题：科学家认为，世界上有些粒子含有质量（如质子），而有些粒子却没有质量（如光子），令人困惑。对此，苏格兰物理学家彼得希格斯(Peter Higgs)曾提出过希格斯玻色子理论，但最终也只是科学假说而已，还没有得到高能物理学实验有力支持，现在借机希望于大型强子对撞机有所作为。2.宇宙的暗物质和暗能量问题： 宇宙的奥秘对于人类来说极具有诱惑力，然而目前人类对于宇宙的研究仍处于十分低级的水平线上。科学家们把人们所能看到的宇宙物质称为普通物质，普通物质仅占整个宇宙的4。还有96实属于我们看不见摸不着的，通常叫做暗物质（及其暗能量）。而研究暗物质和暗能量的性质，是当今物理学和宇宙学面临的最大挑战之一。事实上虽然暗物质无法直接被观测出，但它的确具有能干扰星体发出的光波或引力的能力。暗物质是确实存在的，而科学家们目前也已经将暗物质研究列为宇宙工程研究中最主要攻克的项目之一。此外，科学家也在近几十年中不断对暗物质的特性提出了多种假设，但直到目前还没有得到充分的证明。据介绍暗物质的总质量大约是普通物质的6.3倍。在研究暗物质的过程中，另一个未知的物理现象也进入人们的视野，那就是暗能量。暗能量和暗物质的共性是既不发光也不吸收光。而且暗能量是引力相斥的，并且在宇宙中几乎均匀地分布。大型强子对撞机，极有可能填写人类对暗物质与暗能量研究空白的记录。 3.是否存在反物质？爱因斯坦曾经在相对论中预言过反物质的存在：“对于一个质量为m，所带电荷为e的物质，一定存在一个质量为m，所带电荷为-e的物质（即反物质）”。如果正物质与反物质碰在一起，立即湮灭，同时转化为能量。科学家们甚至想象在足够遥远的地方，有个和我们的世界相当的世界，它将是一个由许多反恒星、反物质所构成的反宇宙。希望大型强子对撞机通过实验能碰撞出反物质来。4.宇宙大爆炸的谜团： 1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论：大约在150亿年前，宇宙所有的物质都高度密集在一个奇点上，并有着极高的温度，于是发生了巨大的爆炸。而在大爆炸之后，宇宙不断向外膨胀，而最终形成我们现在这个样子。由于地球温度不高，质子与中子，还有夸克，都被胶子紧紧地胶住。但是在宇宙大爆炸的初始阶段，在极高的温度状态下，胶子很难将夸克牢牢束缚住，基本粒子在瞬间被猛烈地抛射出去而形成我们的宇宙。随着大型强子对撞机的投入使用，科学家有可能成功地模拟宇宙大爆炸的极高温度状态，使我们在“夸克-胶子等离子体”研究方面取得重大的突破，这对宇宙大爆炸理论是一个强有力的支持。5.是否存在空间额外维度？空间是否具有额外维度也一直以来牵动着科学家们的思维神经，通常来说，科学家普遍赞成爱因斯坦相对论所提出的人类生活空间由三维空间加上时间轴构成四维空间。实际上在常态生活中，我们也无法察觉到第四维空间的存在。只有参照系的速度接近于光速时，我们才能发现时间也是一个变量。科学家甚至认为，在宇宙中生活的人要比地球上的人寿命来得长。又如物质在极高温、极限光速、或极端条件下，除了时间维度改变外，是否还存在着额外维度的改变呢？换句话说，有五维或六维空间吗？大型强子对撞机的出现，是否会告诉我们在极端条件下物质的奇异现象呢？ 快乐的我日月映梅水含笑下里巴人夏日的雨滴岁月如歌梦里飞雪夕阳红grass童心不眠任记忆飘荡在心湖金剑博客 清风徐来 海到无边天做岸,山登绝顶我为峰泪雨晚霞罗浮诗梦大碗茶棚花雨飘香漂亮的星渴望回家兔兔de窝伊岩梦影 学习到新知识。一节生动的科普课。科学的魅力无穷啊！到你这里来补补物理课！不懂，只是听听而已。学习高科技跟着清风老师学科学啊！很喜欢清风老师的新闻报道。不太懂这些东东哈哈,云里雾里。老师是教物理的吧？人，大自然最杰出的创造！丰富的资料，欣赏！好神奇.长知识 .高尖端的东东哦！ 科技进步，必将推动社会发展。这就是科学技术，它有着无穷的魅力！社会的发展 科学的进步。谢谢您详细的资料。老师那弄的照片，真棒！感叹当今科技太发达了！ 科技揭开人类进步新篇章。哥德巴赫猜想的证明 用斯蒂芬霍金的话来回答：“这项试验将宣布物理学上一个新的黄金时代即将到来。” 目的是为了探索“上帝粒子”（即希格斯玻色子）是否存在？ 肯定找不到，因为不存在。 但参与这个试验的科学家詹尼兴奋地说：“我们将进入高能物理学一个新的里程碑。” 非常正确！ 美国两位科学家瓦格纳和桑科，于2008年3月21日在檀香山联邦地方法院提起诉讼，称强子对撞机可能产生形成黑洞的物质，从而导致地球、甚至宇宙毁灭的可怕后果。很难说的。 世界上有些粒子含有能量，而有些粒子却没有能量，令人困惑。应该是质量吧！ 是否存在反物质？这个问题已经解决，正电子就是电子的反物质。还有负质子，反中子都已经被发现。LHC出事故了！一个大型变压器停止了工作，结果被约束的质子流失去了控制，打在了磁铁上，瞬间把一个很大的磁铁熔化了，导致金属氦气化，发生爆炸。还好破坏不是很大，并且当时地下没有人。现在大概需要三个月的时间来修复，因为首先需要把设备升温至常温才能让人去修理。如水似月 深深的蓝 强子对撞机是什么玩意？请博主赐教，这是什么东西？我外行看不懂，不好意思哦！清风回复： 如果把你（如水似月）投进大型强子对撞机按逆时针方向回旋运动，犹如火箭升空的感觉，再把你的加速度提升到亚光速。于是构成你机体的全部化学分子将解体成基本粒子，根据爱因斯坦质能转换公式Emc2，你机体的全部质量将转化成核能。其能量之大相当于数亿颗广岛原子弹的大爆炸。 如果也把你（深深的蓝）投进大型强子对撞机，但按顺时针方向回旋运动，所形成的强大粒子束流，就会与如水似月所形成的粒子束流发生对撞，对撞后所释放的能量不亚于超新星大爆炸，其后果足以毁掉一个地球，甚至毁掉整个太阳系，形成宇宙中的一个黑洞！随风而舞 “人类生活空间由三维空间加上时间轴构成四维空间。实际上在常态生活中，我们也无法察觉到第四维空间的存在。只有参照系的速度接近于光速时，我们才能发现时间也是一个变量。科学家甚至认为，在宇宙中生活的人要比地球上的人寿命来得长。”实在是太精典了,很多科幻片也是用一种类似电子对撞机的机器让人回到过去的空间的.曾看过一本说爱因斯坦的科学理论的书,书名忘了,内容是说在某一空间,时间是扭曲的,空间是扭曲的,甚至光线也是扭曲的,但是重力却并不受影响,实在是有够神奇。恨冬之语 不敢想象，如此浩大而精密的工程，深感人类的伟大，高科技的神奇！ 清风老师能将这强子对撞机介绍得如此完美，堪称博中一绝，足见博主非等闲之辈！彤彤的天空 看过新闻了，还有人说，这个实验能毁灭地球。但科学家认为这种说法是谬论。我也不懂，但我觉得人类科技进步是件大事！冰蝶纷飞 财神今天到，奖金满钱包；出门撞桃花，美女入怀抱；红霞映满天，欧美任逍遥；金秋重阳节，仕途步步高。天山雪的BLOG 用高能物理学探索宇宙奥秘，也是一种科学探索的方式吧？我们期待着宇宙谜团的解密，祝福科学家们取得圆满成功！随风而舞 没有质量的光子,暗物质和反物质,宇宙大爆炸,空间额外维度,都是高尖端科学话题啊,长知识了，长知识了哦！梅雨 欣赏了美文和美图，挺专业的，又增加了些知识。尽管不全面理解，但是很有看点的话题，欣赏了！晚风 谢谢博主让我了解了强子对撞机的基本原理以及这一研究在现实中的意义。人类的触角已经向外太空的宇宙发展了，希望这强子对撞机的发明对人类的进步与发展能起到积极的作用。 龙行天下 了不起的人类进步标志，科学的发展日新月异给世界和人的生活带来了根本性变化。随着对根本物质的逐步深入，历史将揭开新的一页。缘分天空 一堂精彩的物理课，了解一些科普知识，虽然不是很明白，但是可以看到科技发展前景的希望，感受到人们的聪明才智。有点意思這是高科技的標志，謝謝老師如此詳盡的介紹。出去溜達了一趟回来，謝謝老師的支持！梦幻世界 每次来你家，都有新的收获，真是知识的海洋，实在特棒。 四季的漂流 大型强子对撞机的出现，是否会告诉我们在极端条件下物质的奇异现象呢？未来天空(一帆风顺) 清风,写这么多哦,这高科技领域很神秘哦!博主对高科技有研究,诗也写得好! 呵呵,把哥德巴赫猜想的证明也吸引过来了! 芳思 大型强子对撞机开始运转。世界科学的发展速度惊人。塞北豫翁 看过报道，是人类科技的一次飞跃，但好象经常出事故。 zeus06据报道普通物质在三维空间，暗物质和暗能量在四维至十一维空间。淡若清风 能了解到这些科技前沿的东东,真的很受用。谢了，清风！漫步云端 人在天涯,心在咫尺；网络浩渺,相遇是缘；空间留下，点滴足迹。 风吹沙 感受到了人类的力量和智慧是无穷的。但在揭示宇宙诞生之谜