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简单理解:
让两个铅球在一个长约27公里的隧道里以近乎光速运行并互相撞击。只不过在最大强子对撞机里狂飙的是单束能量达到7万亿电子伏特的质子束流。
本报综合报道 全球最大强子对撞机——欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)于当地时间10日9时32分(北京时间10日15时32分)左右注入第一束质子束流,正式启动质子碰撞实验。据估计,粒子高速对撞实验最早有望在今年年底进行,最晚则可能在一年以后,届时将重现宇宙大爆炸发生时的情况。
实验现场
质子束流细如发丝
“被注入的质子束流像人类的头发那么细。”欧洲核子研究中心的发言人詹姆斯·吉利斯说。
这台对撞机是世界最大的粒子加速器,建于瑞士和法国边境地区地下100米深处的环形隧道中。质子束流注入5秒钟后,实验项目位于日内瓦的控制室内电脑收到信号,显示实验进展顺利。
开足马力的对撞机能够确保数万亿粒子以高速流过将近27公里长的地下隧道,最高速度将近每秒钟30万公里,相当于光速的99.99%。
不过,10日实验注入对撞机的质子流运动速度相对较慢,每隔几公里为一段,在隧道中移动。这是为了检测所有设备是否运行正常,包括安装在隧道壁上为数不少的粒子探测器。
实验启动近一个小时后,两个白点在控制室的电脑屏幕上闪烁,显示质子束流已经沿隧道环绕一周。在场科学家欢呼鼓掌,庆祝第一束质子束流成功完成顺时针方向的“首航”。
第二束质子束流沿逆时针方向于当地时间14时左右注入大型强子对撞机,15时30分贯穿对撞机。
“真正的好结果是,另一束流从另一个方向过来,”欧洲核子研究中心首席发言人詹姆斯·吉利斯说:“只有当两个方向各有一支束流过来,你才知道确实没有阻碍,是开始工作的时候了。”
未来计划
最快今年模拟宇宙大爆炸
一切就绪之后,科学家才会着手准备粒子高速对撞实验,继而再现宇宙大爆炸发生后万亿分之一秒内的情形。
装置于隧道内的超导磁铁负责为发射自两端的质子束流“掌舵”,确保它们能够在隧道内密布粒子探测器的4个压缩室内相遇。“这就好像彼此瞄准的机关枪射出子弹,”物理学家丹尼尔·丹内格瑞解释说:“一些子弹会擦身而过,一些子弹会撞击在一起。”
现阶段尚未确定进行粒子高速对撞实验的日期。吉利斯说,实验初始阶段将以较低速度、较小规模进行粒子对撞。“我们在能量较低时积累经验,熟悉机器性能后再进行对撞。”
据估计,粒子高速对撞实验最早有望在今年年底进行,最晚则可能在一年以后。届时,运行方向相反的两束高速质子束流将在隧道内对撞,碰撞点将释放巨大热量和能量,与宇宙大爆炸发生时的情况相仿,只是规模较小。
当前盛行的宇宙学观点认为,宇宙起源于大约150亿年前一次大爆炸。当时所有物质高度密集于硬币大小的一点,因为温度极高发生大爆炸。爆炸发生后,物质向外膨胀形成宇宙。
中国元素
20余名中国科学家参与
中国在相关实验中投资数千万元人民币并将参与物理分析。清华大学物理系教授邝宇平向记者透露,20余名中国科学家也参与了“大型强子对撞机”项目。在科技部、自然科学基金委、中国科学院的共同资助下,中科院高能物理研究所、北京大学、中国科技大学等单位的研究人员成为LHC项目的一部分。
虽然我国参与LHC的时间相对较晚,但探测器的部分结构是在我国制造完成的。对撞机的前期研制结束后,我国科学家也得以分享对撞期间的研究数据。除了定期前往欧洲核子研究中心参加会议,科学家们在国内就可以通过互联网获取撞击数据。
对撞机实验的意义?
质量的起源是什么?
为什么微小粒子拥有质量,而其他一些粒子却没有这种“待遇”?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。
96%的宇宙由什么构成?
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。
为什么找不到反物质?
宇宙诞生时,“大爆炸”产生了相同数量的物质和反物质。但我们现在所生活的宇宙中,物质的孪生兄弟反物质却几乎消失得无影无踪。
空间是否存在额外维度?
根据广义相对论,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。