强子对撞机介绍

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1、2008-10-05 

2、 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1

3、0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50－150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

4、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

5、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

6、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

7、速器的建造。从05－07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５万吨设备。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，

8、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

9、，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