物理世界奇遇记15：参观原子粉碎机（中）

《物理世界奇遇记15：参观原子粉碎机（中）》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、物理世界奇遇记15：参观原子粉碎机（中）物理世界奇遇记15：参观原子粉碎机（中）物理世界奇遇记15：参观原子粉碎机（中）物理世界奇遇记15：参观原子粉碎机（中）　　　　　　说到这里，汉森博士的话被敲门声打断了。她改变了说话的口气。　　　　“得，我们的小公共汽车来了。恐怕我得就此结束我简短的讲话了。非常抱歉，不过我相信，在以后的讲座里，你们一定会得到这类关于SU表象的说明的。”　　　　汽车行驶了很长时间才到达目的地。下车以后，他们发现自己正在走向一座外观非常简陋的建筑物。　　　　“加速器就在那里面吗？”汤普金斯先生感到有点失望

2、，便向导游这样问道。　　　　她笑了，但却摇摇头。“不，不是的。加速器在那里的下面。”　　　　她指着地面说：“大约在地下100米深的地方。这座建筑物只不过是我们到它那里去的入口。”　　　　进入那座建筑物后，他们乘上了电梯，到底层出了电梯，他们发现自己正站在加速器隧道的入口处。　　　　“在进去之前，我通常要在这里做个小小的实地演示。你们可能没有认识到，但是你们的家里都有一台粒子加速器。举例来说，这里就有一台。”她指着门口的一台电视监视器说，“在电视机的显像管里，电子从热的灯丝蒸发出来并受到电场的加速，结果就撞击到前面的荧光屏上。

3、这个电场一般是由20000伏的电压降产生的，因此我们说，被加速后的电子具有20000电子伏的能量。事实上，eV是我们这里所用的基本能量单位。对了，并不是完全用eV，因为这个单位太小了。比较方便处理的单位是兆电子伏，或109电子伏。为了让大家有个概念，我要说，一个质子中的禁锢能量的大小是938MeV，即将近1GeV。也许我还应该说一下，我们一般把粒子的质量表示成它的能量当量，而不表示成电子的质量。这样，质子的质量就等于938MeV/c2。　　　　“你们就要看到的粒子加速器也可以加速电子，不过，所达到的能量要比这台监视器高得多，

4、足以产生我前面说到的那些粒子。事实上，我们需要达到上百成千GeV的能量，这就要求有相当于1011或1012伏的电压降。但是，我们是无法产生和维持这样高的电压的——你们只要想想绝缘的问题就明白了，过一会儿，我会告诉你们，我们是怎样绕过这个困难的。不过，现在请先看看这个……”　　　　她的手伸进衣袋拿出一个东西，把它在电视监视器的前面晃了晃。监视器的图像立刻变得模糊不清了。　　　　“这是块磁铁，”她说，“磁场可以用来迫使粒子束拐弯。这是我们要加以实现的另一个想法。顺便说一下，”她赶紧补充说，“千万不要——我再重复一遍——千万不要在

5、你们家里的电视机上做这种磁铁实验。如果是彩电，你们就会把它毁了，最后得到一个关于磁铁能对电子束产生什么作用的永久性纪念！只有在像这台监视器这样的黑白电视机上做这种实验才是安全的。好了，我们进去吧。”　　　　他们走下一条最后通到隧道入口处的过道。隧道的大小同地下铁路的隧道差不多。对着隧道的入口，有一条非常长的金属管，它的直径有10～20厘米，管子沿着隧道的全长延伸着。走到它前面时，汉森博士解释说：粒子在管道里运动　　　　“这是粒子通过它进行运动的管道。由于粒子要走很长的路，又不应该碰上任何东西，所以管道必须抽成真空，事实上，它

6、里面的真空度要比外层空间的许多区域更高一些。这里这件东西，”她指着包着管道的一个櫃匣子说，“是一个中空的铜质射频腔。它所产生的电场负责在粒子从旁边经过时对它们进行加速。不过，这个电场并不特别强，只有后面那台电视监视器中的加速电场那样大。那么，我们怎样才能达到我们所需要的异常巨大的能量呢？　　　　“好的，请大家沿着管道看到那一头。你们注意到管道的外形有什么变化吗？”　　　　他们全都凝视着远方。这时有个年轻人说，“它变弯了，不过不非常明显。我最初还以为它是直的呢，原来却不是这样。”　　　　“你说得对。这条隧道——连同加速器的管道

7、——都是弯的，它实际上是个圆形，这整个东西的形状就像是个空心轮胎。这个管道以及同类性质的其他机器的周长有数十公里。我们在这里所看到的，只不过是整个圆的很小一段。电子必须沿着这条圆形的跑道运动。这就是说，它们最后会回到它们的出发点，全都准备再次经过同一个射频加速腔。它们每一次从那里经过，就再受到一次冲击而得到加速。这样一来；我们就不再需要巨大的电压降了。代替它的做法是，我们一次又一次地利用相同的加速腔，对粒子进行一系列冲击加速，尽管这种冲击是很小的。你们不觉得这种做法很巧妙吗？”　　　　他们低声地表示同意。　　　　“不过，这又

8、引起了另一个问题。我们必须把粒子的道路弯成一个圆。你们认为怎样才能做到这一点呢？”　　　　“得，根据你刚才对电视监视器的做法，我猜必须用磁铁来这样做。”汤普金斯先生提出他的意见。　　　　“对了，这里就有一块。”她走到一块同样把管道包围起来的大铁块跟前说，“这是一块电磁铁，它的一个磁极在管道