关于强子对撞机~~~什么叫“强子”

强子

强子(Hadron)是一种亚原子粒子，所有受到强相互作用影响的亚原子粒子都被称为强子。强子包括重子和介子。按目前的物理理论强子是由夸克、反夸克和胶子组成的。胶子是量子色动力学中的力子，它将夸克连在一起，强子是这些连接的产物。

按其组成夸克的不同，强子还可以分为：

重子(Baryon)：重子由三个夸克或三个反夸克组成，它们的自旋总是半数的，也就是说，它们是费米子。它们包括人们比较熟悉的组成原子核的质子和中子和一般鲜为人知的超子（Hyperon, 比如Δ、∧、∑、Ξ和Ω），这些超子一般比核子重，而且寿命非常短。

介子(Meson)：介子由一个夸克和一个反夸克组成，它们的自旋是整数的，也就是说，它们是玻色子。介子有许多种。在高空射线与地球空气相互作用时会产生介子。

其它很稀有和奇怪的强子。

由多于三个但单数的夸克或反夸克组成类似重子的强子。

由多于一对夸克-反夸克对组成的类似介子的强子。

完全由胶子组成的粒子。

介子的自旋（粒子的固有角动量）量子数为整数（也称玻色子）

重子的自旋量子数为半整数。(也属于费米子）

质子的自旋量子数为 半整数 1/2，并且参与强相互作用。所以质子属于强子的一种。

目前发现的所有强子都满足盖尔曼-西岛关系，即：S＝2（Q-I3）-B，S是奇异数，Q是电荷，I3是同位旋，B为重子数

大型强子对撞器(Large Hadron Collider，LHC)是一座位于瑞士日内瓦近郊欧洲核子研究组织CERN的粒子加速器与对撞机，作为国际高能物理学研究之用。(全球定位点：北纬46度14分00秒，东经6度03分00秒46233333333333;605) LHC已经建造完成，北京时间2008年9月10日下午15：30正式开始运作，成为世界上最大的粒子加速器设施。LHC是一个国际合作的计划，由34国超过两千位物理学家所属的大学与实验室，所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，因当地地形的缘故位于地下50至150米之间。[1] 这是先前大型电子正子加速器 (LEP)所使用隧道的再利用。隧道本身直径三米，位于同一平面上，并贯穿瑞士与法国边境，主要的部份大半位于法国。虽然隧道本身位于地底下，尚有许多地面设施如冷却压缩机，通风设备，控制电机设备，还有冷冻槽等等建构于其上。

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覆，以液态氦来冷却。管中的质子是以相反的方向，环绕着整个环型加速器运行。除此之外，在四个实验碰撞点附近，另有安装其他的偏向磁铁及聚焦磁铁。

两个对撞加速管中的质子，各具有的能量为 7 TeV (兆兆电子伏特,)，总撞击能量达 14 TeV之谱。每个质子环绕整个储存环的时间为 89 微秒 (microsecond)。因为同步加速器的特性，加速管中的粒子是以粒子团(bunch)的形式，而非连续的粒子流。整个储存环将会有2800个粒子团，最短碰撞周期为 25 纳秒(nanosecond)。在加速器开始运作的初期，将会以轨道中放入较少的粒子团的方式运作，碰撞周期为 75 纳秒，再逐步提升到设计目标。

在粒子入射到主加速环之前，会先经过一系列加速设施，逐级提升能量。其中，由两个直线加速器所构成的质子同步加速器 (PS)将产生50 MeV的能量，接着质子同步推进器 (PSB)提升能量到14GeV。而质子同步加速环可达到26 GeV的能量。低能量入射环(LEIR)为一离子储存与冷却的装置。反物质减速器 (AD)可以将357 GeV的反质子，减速到2 GeV。最后超级质子同步加速器 (SPS)可提升质子的能量到450 GeV。

20余名中国科学家参与强子对撞机实验

在LHC加速环的四个碰撞点，分别设有五个侦测器在碰撞点的地穴中。其中超环面仪器 (ATLAS)与紧凑渺子线圈 (CMS)是通用型的粒子侦测器。其他三个(LHC底夸克侦测器(LHCb), 大型离子对撞器(ALICE)以及全截面弹性散射侦测器(TOTEM)则是较小型的特殊目标侦测器。

LHC也可以用来加速对撞 重离子，例如 铅(Pb)离子可加速到1150 TeV。

由于LHC有着对工程技术上极端的挑战，安全上的确保是极其重要的。当LHC开始运作时，磁铁中的总能量高达100亿焦耳(GJ)，而粒子束中的总能量也高达725百万焦耳(MJ)。只需要107总粒子能量便可以使超导磁铁脱离超导态，而丢弃全部的加速粒子可相当于一个小型的爆炸。

编辑本段研究主题

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：

标准模型中所流行的造成基本粒子质量的希格斯机制是真实的吗？

真是如此的话，希格斯粒子有多少种，质量又分别是多少呢？

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？

粒子是否有相对应的超对称(SUSY)粒子存在？

为何物质与反物质是不对称的？

有更高维度的空间(Kaluza-Kleintheory,extradimensions)存在吗？

我们可以见到这启发弦论的现象吗？

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？

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？

重离子对撞机

虽然LHC的物理实验计划，着重于研究质子对撞后的现象。然而，短期的如每年一个月的重离子对撞也在实验计划之中。虽然其他较轻的离子对撞实验也是可行的，目前主要的规划为铅离子的对撞实验。

编辑本段LHC升级计划

有提议在十年内 LHC 需要作一个硬件性能的提升。 认为 LHC 需要作基本上硬件的修改以提升它的 亮度(单位截面碰撞发生的频率) 理想中 LHC 升级的途径将是包含增加粒子束的流量，以及修改两个需要高亮度的区域： ATLAS 与 CMS 这两个侦测器来配合。下一代超大型强子对撞器的入射能量需增加到 1 TeV，因此前置入射装置也需作一个升级的动作，特别是在于 超级质子同步加速器 的部份。

编辑本段经费支出

LHC的建造经费最初是1995年通过的一笔26亿瑞朗，另有一笔两亿一千万元瑞朗的经费作为实验之用。然而，经费超支。在2001年的一次主要审核预期，将需增加四亿八千万元瑞朗在加速器的建造，与五千万元瑞朗的支出在实验运作上。同时，由于CERN年度预算的缩减，LHC的完工日期由2005年延后到2007年四月，以使用更多年度预算来支付。[5] 其中增加的一亿八千万元瑞朗，在于超导磁铁的制造上。另外，尚有在兴建放置CMS的地下洞穴时，遭遇到工程技术上的困难。[6] 预期的建造总额约为八十亿元 美金。

编辑本段LHC@Home

LHC@Home是一个分布式计算的计划，用来支持LHC兴建与校正之用。这个计划是使用BOINC平台，来模拟粒子如何在加速器隧道中运行。有了这项资讯，科学家便可以决定如何放置磁铁与调整功率，来达到加速轨道运行的稳定。安全考量在美国RHIC开始实验之时，同时包含内部的研究者与其他外部的科学家，都有担心类似的实验可能会引发理论上的一些灾难，甚至摧毁地球或是整个宇宙：创造出一个稳定的黑洞创造出比一般物质更稳定的奇异物质(构成假说中的奇异星的物质)吸收掉所有一般物质创造出磁单极促成质子衰变造成量子力学真空态的相变到另一个未知的相态RHIC与CERN都有进行了一些研究调查，检视是否有可能产生例如微黑洞，微小的奇异物质(奇异微子)或是磁单极等危险的事件。[8]这份报告认为“我们找不到任何可以证实的危害”例如，除非某个未经证实的理论是对的，否则是不可能产生出微小黑洞的。即使真的有微黑洞产生了，预期会透过霍金辐射的机制，很快就会蒸发消失，所以会是无害的。而认为即使像LHC这样高能量的加速器的安全性，最有力的论点在于一个简单的事实：宇宙射线的能量是比起LHC来要高出非常多数量级的，太阳系星体从形成到现在这么多年下来，都不断地被宇宙射线轰击。既没有产生出微黑洞，微小的奇异物质或是磁单极来，太阳、地球和月球也都没有因此而被摧毁。然而，仍有一些人还是对LHC的安全性有疑虑：像是这一个有着许多新的，未经测试过的实验，是没有办法完全保证说上述的情况不会发生。JohnNelson在伯明翰大学谈到RHIC说“这是非常不可能会有危害的-但是我无法百分之百保证。”另外在学术界，对于霍金辐射是否是正确的，也是有一些疑问。RHIC自2000年运作到现在，都没有有产生可以摧毁地球的物质的迹象。

强子对撞机无法真正产生黑洞。

据爱因斯坦的相对论描述的重力性质，大型强子对撞机内不可能产生微小黑洞。然而一些纯理论预言大型强子对撞机能产生这种粒子产品。所有这些理论都预测大型强子对撞机产生的此类粒子会立刻分解。因此它产生的黑洞将没时间浓缩物质，产生肉眼可见的结果。

大型强子对撞机内发生的撞击，与地球等天体和宇宙射线发生碰撞不同，在大型强子对撞机内的碰撞过程中产生的新粒子，一般比宇宙射线产生的粒子的运行速度更加缓慢。稳定的黑洞不是带电，就是呈中性。

不管是宇宙射线产生的粒子，还是大型强子对撞机产生的粒子，如果它们带电，它们就能与普通物质结合，这个过程在粒子穿越地球时会停止。地球依然存在的事实，排除了宇宙射线或大型强子对撞机可产生带电且危险的微小黑洞的可能性。

扩展资料

LHC（大型强子对撞机）一直试图制造出迷你黑洞，但始终未能成功。在论文中研究人员对此进行了解释，认为这是因为在四个维度中产生黑洞所需的能量远大于目前LHC所能达到的能级。

利用引力虹理论，科学家们发现，在LHC中产生迷你黑洞所需的能量比先前认为的要多一点点。到目前为止，LHC已经对53TeV以下的能量做了测试。根据引力虹理论，这些能量还是稍微低了点。模型预测要在6维度空间产生黑洞需要95TeV的能量，而在10个维度中产生则需要119TeV的能量。

参考资料来源：百度百科-大型强子对撞机

参考资料来源：凤凰网-探测迷你黑洞或可证明平行宇宙的存在

在我国的西藏羊八井地区，一个探测反物质的实验基地中，我国与意大利的科学家们正在一起组建着一个粒子探测阵列的反物质试验站；这个反物质的试验站在整体上布局呈为一个地毯式分布局面，该探测反物质试验站的总体面积区域达到1万多平米的范围，在这个高海拔地带的高原上，这台反物质的探测器设备，将能够清晰的接收到来自宇宙空间中，各种高能射线的物质信号；当然，还可以在其中通过探测器去搜索和寻找到宇宙中反物质的粒子。

在过去，我国的科学家与意大利的科学家们已经在羊八井地区建设过一个箱式的探测器工作站，从这个工作站正常运行后的第一天，便就接收到了来自宇宙中的正电子与μ子等高能粒子的信号；而本次新建的这处反物质探测器的阵列基地，则是由很多的探测器所一起组成的一个反物质探测试验站，就像地毯一样铺设在我国青藏高原的地面上。

当然，这样的探测器阵列在海拔较高的高原上将会拥有更大的探测面积，而且在这些探测器中彼此之间紧密的结合后，还能够更好地接收到宇宙中所有的高能射线的物质，能够避免掉一些不必要的科研损失。

这一对宇宙空间射线物质的探测工作，从这处探测器铺设开始的第一天，一直到试验平台调试完备后，其间所需要建设工期就花费掉了大约两年的时间，自从这个反物质探测器的阵列基地建设完成后，将使得这里成为世界上海拔最高的反物质探测试验的唯一工作站。

当我们人类想要获取到太阳系之外更多的物质标本时，这些物质的标本唯一来源便就是宇宙空间中的那些高能射线物质；当然，科学家们从很久以前，就开始对宇宙中的高能射线物质进行了详细的研究；随着后来宇宙大爆炸的理论被提出后，科学家们又开始了新的反物质研究方向，试图从那些来自宇宙中高能射线的物质中，来寻找到任何有关反物质方面的痕迹。

但是，直到目前现在为止，科学家们对于反物质的探索与搜寻的研究工作上，始终都没有真正取得过任何突破性成果。

上个世纪时，美国的奋进号航天飞机将阿尔法磁谱仪送入太空后，科学家们也在马不停蹄的开展着各种反物质的研究，在地面上有些科学家们则开始在实验室的环境中，模拟着宇宙中的环境来努力探索寻找着可能出现的反物质粒子；同时，还有在欧洲的核子研究中心，这里的科学家们则是通过一台大型强子对撞机来实现对粒子的物质进行加速，以便让科学家们能成功地“制造”出一些类似反物质的粒子元素，并且能够在其中粒子处于加速的同时，使得这些反物质能在对撞机中停留上一段时间，便于科学家们后期开展下步反物质的研究工作。

其实，在欧洲的这处核子研究的中心里，其所使用的大型强子对撞机，是当今世界上科研设备能量最大的粒子对撞机的系统；这台极其先进的对撞机设备，就是为了科学家们能通过高能粒子之间的对撞，来研究我们整个的宇宙起源问题而建立的，目的就是为了发现和解释出当今时代，那些物理学理论上可能存在的问题，以及那些还没有被物理科学家所验证证实过的物理科学中存在的现象。

强子对撞机是一台特殊的科研设备，它在运转中能够轻松的使反粒子的物质运行速度变的缓慢下来；科学家们就是依靠对撞机其中的强磁场环境，才能够成功的束缚住了其中的一些反质子的物质，并且还可以让反质子之间的碰撞来制造出一些反氢原子的物质。

当对撞机中强磁场消失后，从质子中相互对撞而来的反氢原子的物质便失去了束缚，这以此形成一系列与对撞机装置内壁上发生反应后形成了碰撞并直接解体；科学家们利用这种强磁场的环境，能够将其中生成的一部分反物质的粒子被束缚在1000秒的时间范围内，虽然这个1000秒极其短暂的时间，在我们的日常生活中显得很微不足道，但是从这些微观世界中的原子尺度上，1000秒的时间范围几乎就是等同于原子的一生。

接下来，让我们来看看科学家们是如何来使这些反物质的粒子运转运行的；首先，科学家们在这台强子对撞机中，利用了激光或者微波的射线形式对反物质的粒子进行照射，以期对反物质的内部结构进行深入的分析，并且还可以在研究这种反物质与普通物质之间，粒子发生的反应上究竟会有哪些不同的结果。

其次，这些对撞机中的质子结构都是位于原子核区域中心的部分，其中的一些电子会围绕着质子来作旋转的运动，这两种物质之间在相互运动中就组成了一个原子的结构；因此，科学家们在利用激光束对着这些后来反质子的物质进行照射，来寻找并测算出这种物质的结构质量，比较出该物质与质子彼此之间相互不同之处。

目前，科学家们对于质子的质量测定上已经可以精确到小数点后的第9位数，当然在这个数值的尺度上，其中的质子与反质子之间的物质质量仍然是呈现为一个相同的水平；那么仅从这一点上来看，质子与反质子之间即便相互存在着一定程度上的性质区别，但是这种程度上的区别在微观的世界中也是极其微小的。

或许，为了证实这些微观世界中极其微小的差异，这才使得科学家们认为普通的物质组成了我们整个世界的基础，也能够说明了我们的世界就是由普通物质而不是由反物质所构成的世界。

参与到这项科学研究中的科学家罗布▪汤普森教授认为：“所有的科学研究人员为了寻找到反物质都付出了不懈的努力；尽管此次的实验中发现的反物质粒子极其微少，但是这些研究中的成果，却反映了整个宇宙反物质世界中的冰山一角；但这个实验研究成果的发现，是一个十分重大的意义，因为这是代表了我们人类对于探索反物质的研究上取得又一个突破，能够让我们在未来去更好地深入到整个宇宙中，进一步去探索整个宇宙的背后起源的奥秘。”

当然，对于科学家们而言，这项强子对撞机的实验所取得研究成果，使得科学界上一片振奋，其中一位英国的物理学家查尔顿教授就曾发表过自己的一些看法，他认为欧洲在核子的研究中，其实早在1995年时，就已经成功的制造出了一些反氢原子的物质；但是那个时候由于对撞机的技术水平有限，使得这些反物质的粒子在对撞机中，能够存在的时间仅仅只有区区的几微秒的时间，之后这些反物质便和对撞机周围的氢原子再次发生相撞并瞬间湮灭了。

当然，这一次的强子对撞机实验，使得科学家们在得到了充分的反氢原子后，便立即利用强磁场的环境，来成功地将这些反物质的粒子停留下了一段时间；在这些反物质停留下来的这段时间里，科学家们因此才能够对其中的反氢原子的物质进行更加详细深入的科学研究；

以此，使得这次对撞机科学研究的实验结果与研究成果，带动了我们人类整个反物质的科学研究水平向前迈出了一大步，这次强子对撞机的实验结果，是我们现代时期整个物理科学领域中，一个最为重要的突破。

以上就是关于关于强子对撞机~~~什么叫“强子”全部的内容，包括:关于强子对撞机~~~什么叫“强子”、强子对撞机真的会产生黑洞吗、科学家们对强子对撞机的研究，都有哪些发现等相关内容解答，如果想了解更多相关内容，可以关注我们，你们的支持是我们更新的动力！