物理对撞机( 四 ) _生活百科

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电子直线对撞机为避免电子作迴旋运动时同步辐射损失引起的困难，早在1965年已有人指出，在电子能量高于上百吉电子伏时，应採用直线型来进行对撞，就是说，应採用两台电子直线加速器加速两股运动方向相反的电子束（或正负电子束）待达到预定能量后，两股电子束被引出并在某点相碰。碰撞一次后的电子束即被遗弃，不再重複利用。当然，只有当这些被遗弃的电子束单位时间所带走的能量小于环形对撞机中同步辐射的损失功率，这种方案才会被考虑。另外，由于电子直线加速功率的限制，每秒能提供的电子束脉冲数是有限的，所以单位时间内发生的碰撞次数也比环形对撞机少得多，为了保证直线对撞机与环形对撞机有相同的亮度，要求在碰撞点的横截面进一步压缩，约比环形对撞机中的碰撞截面小几十到几百倍，十多年来技术上的进展，使这种对撞机受到重视，有关的各种问题正在解决中。大型强子对撞机大型强子对撞器(LargeHadronCollider，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46.233333333333;6.05)LHC已经建造完成，台北时间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画，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7TeV(兆兆电子伏特,)，总撞击能量达14TeV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50MeV的能量，接着质子同步推进器(PSB)提升能量到1.4GeV 。而质子同步加速环可达到26GeV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3.57GeV的反质子，减速到2GeV 。最后超级质子同步加速器(SPS)可提升质子的能量到450GeV 。检测过程在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。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10?7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。争论：中国是否应该建设超大对撞机杨振宁、丘成桐、王贻芳关于中国是否应该建设超大对撞机的争论,影响已经超出了中国,引起了全球物理学界关注。现在看来,这已经不再仅仅是有关中国高能物理髮展的一场争论,而是正发展为事关全球高能物理未来发展方向的一场大争论。应本报采访人员的邀请,两名美国诺贝尔物理学奖得主、两名美籍华人科学家总计四名物理“大牛”,分别从各自立场独家回应这场注定载入科学发展史册的大“对撞”,其中两人挺“撞”,两人反“撞”,为中国争论提供了美国视角。物理学家韩涛与格罗斯，（丘成桐，王贻芳）认为中国建超大对撞机是中国发展相关领域的绝好机会，叶军与安德森，（杨振宁）认为这样对中国来说不是必须发展不可，代价可能过大。