中国大型对撞机只有7个。据查询目前中国生产大型对撞机只有7个,数量还在增加。对撞机是在高能同步加速器基础上发展起来的一种装置,其主要作用是积累并加速相继由前级加速器注入的两束粒子流,到一定束流强度及一定能量时使其在相向运动状态下进行对撞,以产生足够高的相互作用反应率,从而便于测量。对撞机是测量高能粒子实验的仪器,目的是要发现‘新物理-新粒子’,包括场能效粒子-超对称粒子-超额维度量子等。同时对撞机也是一种‘粒子机制’的规律,是超出‘粒子标准模型’以外的新物理-新粒子探索,并自然界在存在着‘正负电子对撞机体’和‘中子与电子的非常规耦合’体制机制。所以对撞机在高能粒子物理-凝聚态-粒子天体物理有很重要的建造意义。
大型强子对撞机是粒子物理科学家为了探索新的粒子,和微观量化粒子的‘新物理’机制设备,是一种将质子加速对撞的高能物理设备。欧洲大型强子对撞机是现在世界上最大、能量最高的粒子加速器。大型强子对撞机坐落于日内瓦附近瑞士和法国的交界侏罗山地下100米深,总长17英里(含环形隧道)的隧道内。
大型强子对撞机将是世界上最大、能量最高的粒子加速器,来自大约80个国家的7000名科学家和工程师。由40个国家建造。是一种将质子加速对撞的高能物理设备。它是一个圆形加速器,深埋于地下100米,它的环状隧道有 27 公里长,坐落于在瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心(又名欧洲粒子物理实验室),横跨法国和瑞士的边境。
当两个质子束在环形隧道中沿着反方向运动的时候,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。这么强的磁场是由冷却到接近绝对零度的超导电磁体产生的。物理学家们最希望建造的是一个30公里长的机器,它能以至少5千亿电子伏的能量将电子和正电子一起粉碎。
目前;对撞机已经发现了‘希格斯粒子希格斯玻色子的存在,升级后发现‘夸克奇异重子’五种夸克的‘味变’集合体存在,改造升级能量的加大还会‘探索发现’超对称粒子和希格斯耦合粒子与粒子的额外维相存在。这个加速器、它的仪器和技术方面的基础设施的操作器,都安装在欧洲粒子物理研究所控制中心的同一座建筑内。在这里,大型强子对撞机内的粒子流将在加速器环周围的4个区域相撞,这4个区域与粒子探测器的位置相对应。
《三体》中,那个锁死人类基础科学的智子实在是令人印象深刻。当三体人得知四光年外的地球上有人类这一存在之后,又开心又害怕,开心的是人类文明远远不如三体文明,害怕的是人类文明的进化速度非常之快。如果三体人用他们当时最快的飞船赶到地球要花四百年时间,等真的赶过去可能就已经被人类的科技水平虐成渣了。
所以,他们先发制人地发动了智子攻击,用光速发出两个质子计算机,率先来到地球,暗戳戳搞破坏,不过两个比原子还小的微粒能做什么坏事?
除了刺探下地球人的公开情报之外,就是给人类的粒子物理研究捣乱,影响人类最前沿的粒子加速对撞实验,制造错误的实验结果,搞疯掉一批批人类最聪明的物理学家,最终锁死人类的基础科学的发展。如果人类无法在微观层面发现新的物理定律,也就没有更高的科技水平,也自然再也不能和三体人叫板了。
如此想来,是不是细思极恐了?我们不得不问一句,现在我们的物理学被三体人的智子给锁死了吗?
这倒没有,不过基础物理似乎正在被高额的研发费用给“锁死”,因为建造这种高能物理实验机器的代价实在是有点高昂。
欧洲核子中心(CERN)全票通过了《2020欧洲粒子物理战略》,并计划建造一台全新的高能物理实验机器——未来环形对撞机(Future Circular Collider,FCC),用于研究希格斯玻色子(即“上帝粒子”)和高能量前沿探索。
不过,这台全长100公里的FCC环形对撞机的建造成本预计为210亿欧元。这项计划能够通过,还得归功于它的前辈—— “大型强子对撞机”(Large Hadron Collider,LHC)的成功。这一耗资50亿瑞士法郎,耗时25年,全长27公里的对撞机,终于在2012年证实了希格斯玻色子的存在,证实了一个50年前提出的物理学猜想。
正是这一次的成功实验给了CERN巨大的信心,使其计划建造一个横跨瑞士和法国,面积大13倍,周长大37倍的超大型环形对撞机,来发现更深层次的基本粒子,比如预言中的超对称粒子,从而验证那些可以解释暗物质、暗能量的超对称理论。
为了验证一项物理学假说,动用如此规模的资源,到底值不值?在中国同样有一场关于要不要建造“环形正负电子对撞机—大型质子对撞机(CEPC-SPPC)”的激烈争论。
那么,欧洲要建的这座大型对撞机,到底有何作用?既然欧洲已经领跑了,那么我国的大型粒子对撞机,还有必要再建设么?
为什么要建大型粒子对撞机?
粒子对撞机是现代高能物理研究中最为重要的实验设备。如果人类想要搞清楚宇宙的微观层面,也就是弄清楚组成宇宙物质的基本组成,搞清楚自然运行的基本规律,就不仅仅需要提出一系列的科学假说,还要能够证实或证伪这些假说的物理实验,那么粒子对撞机就是必不可少的验证和测量工具。
那么粒子对撞机是如何工作的呢?如同我们想要了解一个东西的内部构造,就会把它拆开来看看,物理学家同样面对微观粒子的时候也是采用同样的思路。只是想要拆开比原子更小的基本粒子的难度会非常大,科学家们为此想到了要将基本粒子不断加速,然后让它们迎面相撞。以接近光速的速度相撞,释放最大的能量才有可能把这些粒子拆开,然后人类才有可能观察到粒子的更基本组成和各种物理性质。
(LHC铅离子对撞实验,产生了大量新的物质)
如何让两个如此微小的粒子相撞,其过程非常复杂,目前想到的唯一办法就是同时加速上亿个粒子,最后在一场粒子的暴风骤雨中,只有几对幸运的粒子可以迎面撞上。而人类要做的就是在电光火石之间,测量出粒子相撞留下的痕迹(直接观测粒子对撞是不可能的),这也对粒子对撞机的工程要求极为严苛。
那么,2012年人们在当时的LHC对撞机中找到的希格斯玻色子,到底是怎么发现的呢?因为这一上帝粒子的衰变期只有短暂的10的负22次方秒,探测器根本不可能直接捕捉到上帝粒子。所以,粒子探测器记录的信号,来自上帝粒子衰变后的产物,也就是产生一对稳定的正负电子和寿命较长的正负μ子。正是通过测量这些衰变后的粒子间的关联,人们才间接地推出上帝粒子的存在。
(希格斯玻色子Higgs boson)
发现“希格斯玻色子”有什么重要价值呢?上个世纪60年代,科学家提出了粒子物理学的“标准模型”,这是一套描述了强力、弱力及电磁力这三种基本力及组成所有物质的基本粒子的理论。在这一理论中,希格斯玻色子被认为是“质量之源”。其他粒子通过和希格斯玻色子相互作用才能产生质量。
因此,“希格斯玻色子” 的发现,成为补上“标准模型”中最后一块 “拼图”。既然“标准模型”的拼图已经完整,为什么人类还需要更大规模的粒子对撞机呢?
一个是,科学家们希望对希格斯玻色子进行更深入的研究,而即使是对LHC不断升级也就是加大对撞能量的能级,也无法得到足够的希格斯玻色子,因此还需要建造规模更大的对撞机装置。
再一个是,“标准模型”并不能完全解释全部的物理学规律,比如它无法解释中微子质量、暗物质、暗能量的来源以及物质和反物质不平衡的问题,还有融合四种力的大统一理论。粒子物理学的盛宴才刚刚开启,需要更大的粒子对撞实验来加以验证。
LHC大型强子对撞机产生的高能粒子,如果撞击人体会产生死亡。
高能物理对撞机可以按照其加速粒子的种类进行分类,强子对撞机是其中一种,它加速的粒子是强子。由夸克组成的粒子称为强子,它包括重子和介子。
介子一般是高能物理过程中的产物,极不稳定,短时间内就会发生衰变,因此不会是对撞机用来加速的粒子。在重子中,相对稳定的是质子和中子,而中子不带电,无法实现加速过程。
大型强子对撞机
利用数千个种类不同,型号各异的磁体,给该加速器周围的粒子束指引方向。这些磁体中包括15米长的1232双极磁体和392四极磁体,1232双极磁体被用来弯曲粒子束,392四极磁体每个都有5到7米长,它们被用来集中粒子流。
在碰撞之前,大型强子对撞机利用另一种类型的磁体“挤压”粒子,让它们彼此靠的更近,以增加它们成功相撞的机会。这些粒子非常小,让它们相撞,就如同让从相距10公里的两地发射出来的两根针相撞一样。
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