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大型强子对撞机启动具有里程碑意义

2008-9-11 13:44| 投稿: red

摘要: 工作人员正在对大型强子对撞机隧道内的磁体阵列进行检查。每个磁体都处在恰当位置非常重要,因为这样才能对光束的路径进行精确控制。专访:大型强子对撞机正式启动具有里程碑意义——访北京大学教授钱思进 &nb...
工作人员正在对大型强子对撞机隧道内的磁体阵列进行检查。每个磁体都处在恰当位置非常重要,因为这样才能对光束的路径进行精确控制。专访:大型强子对撞机正式启动具有里程碑意义——访北京大学教授钱思进     欧洲核子研究中心大型强子对撞机10日正式启动,将第一束质子束流注入27公里长隧道内的对撞机。北京大学物理学院钱思进教授当天在位于日内瓦郊区的欧洲核子研究中心接受新华社记者专访时表示:“这具有里程碑意义,为在前所未有的对撞能量下取得新发现奠定了基础。”   参与大型强子对撞机上CMS探测器建设的钱思进介绍说,此次启动还不是大型强子对撞机开始对撞,只是将第一束质子束流注入对撞机,使其以接近光速的速度走 通27公里环形隧道;经过一段时间(数小时至数十小时)调试,在第一束质子束流走通对撞机并运行稳定后,再注入与其平行的第二束质子束流反方向运行。在相 向平行运行的两束质子束流稳定之后,再经过几天至几个星期的极其复杂细致的同步调整,才可能开始实现两束质子束流的对撞。   钱思进说,如果一切顺利,大型强子对撞机将在年底前实现两束各达5万亿电子伏特能量的质子束流对撞,此能量将是以前世界纪录的5倍。按计划,质子束流明年夏天将达到7万亿电子伏特的设计能量。   大型强子对撞机的建造已历时十几年,难度很大,仅启动前的准备工作头绪就非常繁多。钱思进说,启动前主要是完成超导磁铁的冷却和质子束流的预加速,其中的 最大难题,是将位于地下100米的27公里隧道中的数千根组成对撞机的大型超导磁铁冷却到零下271摄氏度。整个隧道分成等长的8段逐一冷却、通电并进行 束流通过实验,每段冷却需要至少三四个星期,冷却后若在实验中出现任何问题又要升到室温排除故障,升温也需若干星期,一冷一热就要两三个月。尽管艰难,经 过不懈努力,所有磁铁最终于今年7月全部冷却成功。大型强子对撞机是世界上最大的冷却系统,共加注了1万吨液氮和130吨液氦,其中液氦用量达世界年产量的约1%。   质子束流预加速也是个复杂过程,对每一束质子束流,从地面到地下、在室温下从质子直线加速器、小环形加速器(周长100多米)、质子回旋加速器(周长600多米)到超级质子回旋加速器(周长约7公里)都必须进行由小到大的4级预加速。   在大型强子对撞机上的4个大实验中,来自80多个国家和地区的7000多名科学家和工程师共同参与制造、维护和运行4个大探测器并进行数据分析。中国在这 4个大实验中投资数千万元人民币并将参与物理分析。中国科学院高能物理研究所、北京大学、清华大学、中国原子能科学研究院、中国科技大学、南京大学、山东 大学、华中师范大学和华中科技大学等科研院所和高校的科研人员参加了部分实验。   将大型离子对撞实验(ALICE)的内部追踪系统运送到实验洞并将它嵌入定时发射膛(TPC)。ALICE将用来研究超高能质子-质子和铅-铅对撞物理学原理,并将揭露宇宙大爆炸后几微秒内的宇宙情形。 世界最大粒子对撞机综合报道,北京时间10日下午15:30分左右,欧洲核子研究中心将首批质子导入大型强子对撞机的环形隧道,正式启动了这个世界上最大的粒子对撞机。 在当日的加速测试中,这些质子束将以反时钟方向运动,在测试成功的前提下,科学家可能将在一个月后注入另一道顺时针方向运动的质子束,接着让它们正面撞击。 10日是重要的里程碑 作为一项长期实验的第一步,亚原子粒子束将被加速到接近光速而后发生对撞,撞击会在一个微小空间产生短暂的达到太阳温度10万倍的高温。分析师将密切关 注整个撞击过程,以寻找基本粒子。ATLAS(超环面仪器实验的英文缩写,以下简称ATLAS)发言人彼得·詹尼(PeterJenni)说:“我们将进 入物理学的全新领域。10日是一个非常重要的里程碑。” ATLAS是安装在环形隧道上的4个巨大实验室中的一个,附在环形隧道周围的探测器将监视撞击过程。 在一项长达10小时的实验中,粒子束的运行距离可能超过100亿公里(60亿英里),足以在地球与海王星之间做个往返。在达到最大强度时,每一个粒子束 拥有的能量相当于一辆以每小时1600公里(1000英里)行进的汽车。大型强子对撞机将消耗120兆瓦特电量,相当于日内瓦所有家庭的用电量。 两个可怕的假设 有的科学家担心,在启动强子对撞机的问题上应该慎之又慎。实际上,自1994年多国参与制造大型强子对撞机以来,有些灾难预言家便危言耸听地指出,“复制”大约137亿年前大爆炸发生后的宇宙初始形态,将导致一场灾难。 不久前,一支人数不多的持反对观点的科学家向欧洲人权法庭提起诉讼。他们认为,大型强子对撞机实验产生一个迷你黑洞的可能性虽然很小,但这种可能性并非 不存在。一旦产生黑洞,地球将面临被吞噬的命运。更有人认为,后果远不止产生黑洞这么简单,对撞实验可能对时空结构引发灾难性的连锁反应,进而将整个宇宙 撕成碎片。为此,他们提出了两个可怕的假设。 第一个假设:我们根本看不到任何预兆,可能用不了一个月的工夫,地球上的所有生命都将突然终结。在此之后,可怕的地震突然发生,海平面迅速上升,超级海啸袭击世界各地海岸。最终,《圣经》中描述的世界末日降临在我们人类头上,整个地球走向毁灭。 第二个有关世界末日的假设更加可怕:一点预兆都没有,在大约十二分之一秒时间里,整个地球便在太空中消失。在不到两秒钟时间里,月球随地球而去。8分钟 后,太阳被劈成两半。在此之后,同样的厄运降临在太阳系其他行星的头上。更为严重的是,太空结构裂缝导致的巨大破坏以光速向外蔓延,任何地外世界都将走到 生命的尽头。 产生神奇的副产品 这次大型科学家实验也会带来一些神奇的副产品,比如改进癌症治疗、摧毁核废料的方法以及帮助科学家研究气候变化。 在一年的时间里,这台机器里的两束质子将高速对撞,产生的数据足以装满560万张CD。这意味着,物理学家不得不研制出一套复杂精密的系统用于快速处理 信息。他们所说的网格(Grid)可能会成为其他很多用于处理大量数据的系统的模型。另一项工程的研究结果认为,可以从这次对撞中找到处理核废料的新方 法。欧洲粒子物理研究所的科学家们发现,将质子束(一种亚原子粒子)射进铅板能产生一大批中子(另一种亚原子粒子),而这些中子又能将放射性废料分解成无 害的稳定元素。 此外,欧洲粒子物理研究所也为医学研究做出了贡献,因为他们发现,可以用质子、碳离子甚至是反物质等带电粒子束治疗癌症。 云的形成对气候和天气是一个至关重要的因素,而这项研究可能会将欧洲粒子物理研究所置于争论的中心,那就是除了温室效应气体之外的其他因素是否与气候变化有关。 研究人员将用来自质子同步加速器的质子束模拟宇宙射线,将它们射进一间所谓的“云室”,看是否会形成小片的云。 今天开始,科学家们就会知道为建造大型强子对撞机花费那么多钱到底值不值。

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