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大型强子对撞机带给我们十大思想冲击

发布时间: 2008-09-17 14:31

大型强子对撞机生成的第一张图

    当那些科学家聚集一起建造这个庞然大物时,他们没有浪费时间。无论如何,历经30年建成的世界最大的强子对撞机,于9月10日在日内瓦的欧洲核子研究中心成功启动,第一束质子流注入对撞机并实现贯通,并产生了首批图片。科学家用“质子束的一小段行进,人类的一大步跳跃”高度评价它的意义。 大型强子对撞机不仅是世界最大的粒子加速器,同时也是世界最大的机器。这个27公里长的粒子加速器,位于瑞士、法国边境地区的地下100米深的环形隧道中,隧道全长26.659公里,建设耗资超过60亿美元。有来自数十个国家和地区的二千多名物理学家参与了这一项目。研究人员希望大型强子对撞机能发现粒子物理学的“圣杯”希格斯玻色子的存在。希格斯玻色子由英国科学家彼得·希格斯于上世纪60年代提出,完美地解释了物质质量之源,是所谓“标准模型”粒子物理学理论中最后一种未被证实的粒子,也称“上帝粒子”。

    利用令人无法置信的强大磁场和超寒冷低温的目的就是能使微小的粒子能以近乎光的速度悬浮在环形隧道中间。9月10日的首次实验中,科学家操控质子流以单个方向运动。首次测试是研究人员将一个质子束以顺时针方向注入到此欧洲加速器中,让其加速到99.9998%光速的超快速度,从而使此质子束在55分钟内顺利跑完了全长27公里的隧道。之后,科学家首次将另一束质子以逆时针方向注入此机器,使其成功完成了这次测试。至此,大型对撞机成功让粒子束沿两个方向都进行了一次隧道环行,扫清了真正对接实验前的任何障碍。下个月,他们将对沿相反方向运行的两束粒子流同时注入此对撞机并加速,并使其彼此撞击以再现一个迷你型宇宙大爆炸。哇,听起来很危险,但有一件事是确定的:那就是对我们人类思想的冲击,让我们来数一数以下这十方面的思想冲击吧!

    10、能使粒子加速到前所没有的超快速度。

    目前我们用七年的时间也无法到达离我们最近的星球,但你能相信吗?我们实际上能获得一种东西(尽管只有原子那么大),它的速度几乎与光一样快,对于这些粒子来说,时间就变慢了。事实上,在此欧洲加速器中,科学家已经让粒子加速到99.9998%光速的超快速度,这相当于每小时走10亿公里。这就是质子绕环形隧道运转的最高速度,表明质子每秒钟能环绕轨道运行1万1000次。在一项长达10小时的实验中,粒子束的运行距离可能超过100亿公里,足以在地球与海王星之间做个往返。

    9、对于寒冷来说,它带给我们的远远不是巫术所能企及的。

    大型强子对撞机将能达到可怕的寒冷,其温度下降到比外太空还要寒冷,为零下456.25华氏度(零下271.3摄氏度),接近绝对零度。那么为何要将磁铁冷却到接近绝对零度这样的低温呢?因为在此低温下,此磁铁能在没有任何电阻下工作。为此,大型强子对撞机采用10,800吨液氮来将这些磁铁冷却到零下193.2摄氏度,之后再用大约60吨液氦将它们冷却到余下的温度,就是为了确保那些巨大的磁体能够精确掌驼粒子沿着精准方向运动。当然它不是一个环保的设备――为了保持它持续结霜,每天需要消耗价值10万美金的电费。也就是说,大型强子对撞机一年将消耗120兆瓦特电量,相当于日内瓦所有家庭的用电量。   

    8、可能会发现希格斯玻色子(此次试验没有找到)。

    这就是所谓的“上帝粒子”,而且研究人员认为,如果他们找到了漂浮在粒子周围的吸盘状漂浮物,可能会帮助他们从根本上精确地解释为什么物质是有形状的。我们正在试图回答这个问题。事实上,寻找希格斯玻色子是此对撞机的主要任务之一。科学家们长期以来有个疑问,为什么有些粒子如质子比较重?而另一些粒子如光子比较轻?上个世纪60年代英国物理学家彼得·希格斯大胆预测,存在一个希格斯场和希格斯玻色子。假设出的希格斯玻色子是物质的质量之源,是电子和夸克等形成质量的基础。

    7、整个投资相当于整个卢森堡公国的收入。 他们已经在这个项目上花了200亿美元吗?那可是在维扎信用卡上很难出现的费用支出,但不用担心,在这个项目上许多国家都共同参与并出资已经几十年了,而且目前最后的总钱数已近乎整个卢森堡公国的国内生产总值(338.7亿美元)。据估计,每年欧洲核子物理研究组织(CERN)的总经费大约5亿多欧元,此对撞机将运营20年之久,总运营费用将达100多亿欧元,而这些费用由各成员国按国民生产总值比例分摊。

    6、也许能证实弦理论。

    一些致力于这个项目的数以百计的科学家相信弦理论。这个理论认为原子和分子根本就不是粒子,而是同时在两个或更多的位置上振动的弦。虽然这听起来似乎像万圣节上的一个伟大的小把戏,但弦理论学家希望大型强子对撞机将提供证据来支持他们提议的宇宙模式。弦理论表明构成宇宙的基本单元不是粒子而是弦。弦能随意开放或关闭其端口。它们还能振动,类似于弹奏吉它时的弦振动。不同的振动会导致弦表现出不同东西。朝一个方向振动的弦可能表现为电子。朝不同方向振动的不同的弦可能表现为中子。

    5、能够发现一组新粒子。

    弦理论学家尤其热衷于寻找超对称性粒子,以帮助他们证实其构思的复杂理论。目前,其他科学家都认为他们是疯子,因为他们根本没有证据。然而,没准这个庞大的对撞试验可能会带来根本性的改变。他们正在寻找超对称性的迹象。根据“标准模式”,每种粒子都有反粒子。比如,电子的反粒子是正电子。超对称性表明粒子还有超级伙伴,即有与自己同样的对等物。这意味着每种粒子有3种反粒子。虽然我们在自然界还没有看到这种超级伙伴的任何迹象,但理论学家希望大型强子对撞机将会证明它们确实存在。这意味着超级粒子能解释暗物质,也能帮助引力加入到整个标准模式的阵营中来。

    4、它将变得更大

    这个工程的计划是打算使这个庞然大物变得更加巨大,且到2012时将会建成所谓的超大型强子对撞机(SLHC),这将带给科学家们更好的机会,这个机会就是通过这个强子对撞机实验使科学家能够更好地了解稀有粒子,并建立对它们的研究。大型强子对撞机被许多科学家称之为探索微观世界的“哈勃望远镜”。它将帮助科学家们了解这些问题:自然界存在未被发现的粒子吗?物质的起源是什么?存在另外的空间吗?什么是暗物质?宇宙是怎么形成的?大型强子对撞机项目主任埃文斯说,想象一下两个橙子相撞的情况,我们可以看到无数的果肉飞散,我们关注的是橙子的籽相撞时会发生什么。质子就是果肉,夸克就是籽。

    3、公开暗物质与暗能量的奥秘。

    在宇宙中存在一些能将银河系拖来拖去的东西。我们肉眼可见的所有东西加在一起仅仅占整个宇宙中所有物质的4%。可见物质和暗物质加在一起也许仅占宇宙中有形物体的25%,另外四分之三的物质就是暗能量,这正是推动宇宙膨胀的成因。目前我们甚至还不知道这种暗能量是否存在,但科学家期望透过这次撞击能找到暗物质和暗能量存在的证据。科学家推测中性重粒子(neutralino)是暗物质的最佳候选人。如果中性重粒子存在,它将相对容易产生,因此许多物理学家希望它将在CMS或Atlas探测器的撞击碎片中露面,以证实暗物质理论。

    2、这个东西吸纳的是愉快的时光。

    事实上,它包含了有史以来人类能创造的最大的真空管,这种超级真空管能产生比你能在月球上发现的压力还要低十倍的压力。它所包含的粒子比在太阳系最真空区域中存在的粒子还少,我们不能妄想任何零散的原子能进入那些以光速飞驰的质子轨道中,但现在我们做到了。科学家为避免粒子流与气体分子在此对撞机真空管内发生碰撞,使其气压仅为10的负13次方个标准大气压,相当于月球大气压的大约十分之一。粒子流在此超高真空的“通道”内运行就如同在星际空间旅行一样“空旷”。   

    1、 将能给世界带来冲击。

    大型强子对撞机实验引发世界末日的恐慌,但是所有可信赖的科学家都说碰撞不会对世界造成任何威胁,只会颠覆那些不正确的陈旧的物理理论。但是一些喜欢散布耸人听闻消息的人警告说,此对撞机(LHC)实验所发生的粒子碰撞可能会制造难以估量的危险,甚至有可能吞噬整个地球,毁灭整个世界。为此,科学家出台了相关的安全评估报告,以消除这种不必要的恐慌。这份名为《评估大型强子对撞机安全性》的报告发表在英国皇家物理学会9月5日出版的《物理学学报G辑:核与粒子物理学》上,此新报告提供了最全面的证据,足可以证明大型强子对撞机对人类没有一点威胁。

稿源: 网易探索

作者: 尼特 编辑: 邵平

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