2008年9月11日星期四

欧洲大型强子对撞机即将启用


9月10日,世界上最大、能量最高的粒子加速器——欧洲大型强子对撞机(LHC)即将在瑞士日内瓦启用。图为2007年3月22日拍摄的大型强子对撞机部件的资料照片

欧洲核研究组织(CERN)的大型强子对撞器(Large Hadron Collider,LHC)将北京时间9月10日下午15时30分启动模拟宇宙大爆炸实验。有人担心撞击实验可能造成灾难性后果,顿时,世界末日论传言四起。
据星岛环球网报道,在这个大型强子对撞器内那条27公里长的圆形隧道,超导磁铁会把质子和离子,加速至接近光速,然后相撞,在极细微空间爆发十万倍太阳温度的超级高温。这一刻就像宇宙大爆炸之后,释放大量能量和基本粒子,冷却后形成组成物质的质子和中子。
据悉,史上最大的强子撞击器LHC,坐落在瑞士和法国边界山脉深入46米至150米地底,从构想到建成历时近20年,花了60亿瑞士法郎,吸引80个国家5000名科学家参与。
ATLAS(ATLAS是一台巨型数字照相机,能够拍摄质子间6亿次碰撞的照片)发言人彼得-詹尼(Peter Jenni)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。
有人担心撞击实验可能造成灾难性后果,或制造出小型黑洞吞噬地球,或产生出理论中的奇异夸克团(strangelet),令地球异变,末日论四起
导语:北京时间8月28日消息,欧洲核子研究中心已于8月7日宣布将于9月10日启动大型强子对撞机(LHC)。这个世界上最大的机器,除了为有望揭开宇宙起源的奥秘,还将揭开哪些谜团呢?以下就是欧洲核子研究中心网站上披露的有关信息。
过去几十年来,物理学家不断在细节上加深对构成宇宙的基本粒子及其交互作用的了解。了解的加深让粒子物理学的“标准模型”变得更为丰满,但这个模型中仍存在缝隙,以至于我们无法绘制一幅完整的图画。为了帮助科学家揭示粒子物理学上这些关键性的未解之谜,需要大量实验数据支持,大型强子对撞机便担负起“数据提供者”的角色,这也是非常重要的一个步骤。大型强子对撞机能够将两束质子加速到空前的能量状态而后发生相撞,此时的撞击可能带来意想不到的结果,绝对是任何人都无法想象的。
牛顿未完成的工作——什么是质量?
质量的起源是什么?为什么微小粒子拥有质量,而其它一些粒子却没有这种“待遇”?对于这些问题,科学家到现在也没有找到一个确切答案。最有可能的解释似乎可以在希伯斯玻色子身上找到。希伯斯玻色子是“标准模型”这一粒子物理学理论中最后一种尚未被发现的粒子,它的存在是整个“标准模型”的基石。早在1964年,苏格兰物理学家彼得·希格斯(Peter Higgs)便首次预言存在这种粒子,但迄今为止,科学家仍未见过它的庐山真面目。
ATLAS 和 CMS实验将积极寻找这种难于捉摸的粒子存在迹象。
一个“看不见”的问题——96%的宇宙由什么构成?
我们在宇宙中看到的一切——从小蚂蚁到巨大的星系——都是由普通粒子构成的。这些粒子被统称为物质,它们构成了4%的宇宙。余下的部分据信由暗物质和暗能量构成,对它们进行探测和研究的难度不可想象。研究暗物质和暗能量的性质是当今粒子物理学和宇宙学面临的最大挑战之一。
ATLAS 和 CMS实验将寻找超级对称的粒子,用于验证一种与暗物质构成有关的假设。
大自然的偏好——为什么找不到反物质?
我们生活在一个由物质构成的世界,宇宙万物——包括我们人类在内都是由物质构成的。反物质就像物质的一个孪生兄弟,但它却携带相反电荷。在宇宙诞生时,“大爆炸”产生了相同数量的物质和反物质。然而,一旦这对孪生兄弟碰面,它们就会“同归于尽”,并最终转换成能量。不知何故,少量物质幸存下来,并形成我们现在生活的宇宙,而它的孪生兄弟反物质却几乎消失得无影无踪。为什么大自然不能一碗水端平,平等对待这对孪生兄弟呢?
LHCb实验将寻找物质与反物质之间的差异,帮助解释大自然为何如此偏向。此前的实验已经观察到两者之间的些许不同,但迄今为止的研究发现还不足以解释宇宙中的物质和暗物质为何在数量上呈现出明显的不均衡。
“大爆炸”的秘密——物质在宇宙诞生后的第一秒呈什么状态?
构成宇宙万物的物质据信来源于一系列密集而炽热的基本粒子。现在宇宙中的普通物质由原子构成,原子拥有一个由质子和中子构成的核子,质子和中子都是被称之为“胶子”的其它粒子束缚夸克形成的。这种束缚非常强大,但在最初的宇宙,由于温度极高加之能量巨大,胶子很难将夸克结合在一起。也就是说,这种束缚似乎是在“大爆炸”发生后的最初几微秒内形成的,此时的宇宙拥有一个由夸克和胶子构成的非常炽热而密集的混合物,也就是所说的“夸克-胶子等离子体”。
ALICE实验将利用大型强子对撞机模拟大爆炸发生后的原始宇宙形态,分析夸克-胶子等离子体的性质。
隐藏的世界——空间的额外维度真的存在吗?
根据爱因斯坦广义相对论,人类生存的三维空间加上时间轴即构成所谓四维空间。后来的理论认为,可能存在拥有隐藏维度的空间。弦理论便暗示额外的空间维度尚未被人类观察到,它们似乎会在高能条件下显现出来。基于这种推测,科学家将对所有探测器获得的数据进行仔细分析,以寻找额外维度存在迹象。
据国外媒体报道,大型强子对撞机项目负责人25日表示,相关测试进行顺利,这为下月启动的上演地下迷你版“宇宙大爆炸”的实验扫清了障碍。
欧洲核子研究组织(CERN)的林·埃文斯(Lyn Evans)上周末表示,利用地下大型强子对撞机(LHC)进行的粒子撞击实验将持续几个月和几年时间,与撞击实验有关的测试进行得非常顺利。埃文斯是负责设计建造大型强子对撞机的国际科学家小组领导人,他说:“从第一次尝试将质子束导入大型强子对撞机的那一刻起,我们就期待着能够有一次完美成功。”
最终测试包括将一束能量粒子从加速器抽运到对撞机27公里(17英里)长的质子束管,并让它们沿逆时针方向在管内运行大约3公里(2英里)。大型强子对撞机位于侏罗山和日内瓦湖之间的法国与瑞士版图地下深处。欧洲核子研究组织表示,8月初在大型强子对撞机内进行的一次顺时针实验最终以成功告终。
按照计划,大型强子对撞机小组将于9月10日沿一个方向将一个完整的粒子束导入对撞机的质子束管,此举无疑是年底上演的沿两个方向导入粒子束使其发生撞击的一个前奏。两个粒子束将以光速运行并最终相撞,欧洲核子研究组织和世界各地实验室的科学家将通过计算机对撞击过程进行监视,希望可以发现一种让生命变成可能的粒子。
这个难于捉摸的粒子被称之为“希格斯玻色子”,是以苏格兰物理学家彼得·希格斯(Peter Higgs)的名字命名的,他于大约50年前首次预言这种粒子一定存在。科学家认为,希格斯玻色子就是将物质结合在一起的神秘因素。
绝大多数科学家认为,“大爆炸”是宇宙不断扩张的唯一解释。欧洲核子研究组织的科学家小组相信,再现这一瞬间可让他们目睹恒星和行星如何在随后出现的原始混沌状态中产生。虽然在欧洲核子研究组织大型强子对撞机的一个“前辈”内进行的捕捉“大爆炸”瞬间的努力,以及在美国进行的另一次实验均以失败告终,但科学家还是自信地认为,随着以大型强子对撞机为代表的技术取得巨大飞跃,曾经的失败将最终成为“成功之母”。
现年79岁的希格斯是爱丁堡大学的一名教授,作为一个坚定的无神论者,他坚决反对将自己预言的玻色子称之为“上帝粒子”的想法。希格斯认为,一旦粒子束在大型强子对撞机内发生撞击,希格斯玻色子将马上出现。他在年初拜访欧洲核子研究组织时说:“如果情况不是这样,我一定会非常非常困惑的。”

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