世界最大粒子对撞机


***最强大对撞机启动

据英国媒体报道，欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机项目主任林恩•埃万斯发布了启动命令，随着第一束质子束被注入，安装在地下100米深的27公里长环形隧道内的LHC开始运行。当质子束抵达对撞机第八段隧道的终点时，计算机屏幕上亮起两个白点。埃万斯随后宣布质子束运行正常。CERN主管罗伯特•艾马随后向聚集在控制室的科学家们表示祝贺。

这台吸引了全世界物理学家目光的“巨无霸”原计划于8月份开动，但由于北京奥运会的热度，所有的电视频道都被占用，而LHC的科学家希望能够向全世界进行现场直播启动仪式，以展现现代物理学对当代社会的重要作用，因此推迟到了今天。

在此次测试中，粒子束的运行方向是顺时针的，CERN还计划进行逆时针运行的测试。如果接下来几周对设备及系统运行状况的测试和评估一切正常，那么在10月中下旬，顺时针和逆时针运行的两个粒子束将进行首次对撞试验。如果一切顺利，LHC将在年底前实现两束各达5万亿电子伏特能量的质子束对撞，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是为了解开宇宙大爆炸之谜


***霍金打赌“泼冷水”

LHC是迄今世界上最大、能量最高的粒子加速器和对撞机。在环形的LHC内部，两个被称之为“强子”（质子或者铅离子）的亚原子粒子束朝着相反的方向前进，这些粒子每运行一圈，就会获得更多的能量。当两个强子束流在高能状态下以接近光的速度和力量正面相撞时，将产生令人畏惧的反应能量，堪比宇宙大爆炸。科学家希望能重建“大爆炸”发生后的宇宙形态，探寻宇宙形成之谜。

在此过程中，LHC的首要任务是找寻被喻为“上帝粒子”的“希格斯玻色子”。希格斯玻色子是44年前由英国物理学家彼得－希格斯所提出的一种理论存在的粒子。它被视为物质的质量之源以及电子和夸克等形成质量的基础。然而，在粒子物理学 “标准模型”所预言的62种基本粒子中，只有希格斯玻色子至今未“显形”。它的存在与否关系着现有的宇宙理论是否能够站住脚。

不过，英国著名天体物理学家斯蒂芬•霍金9月9日在接受英国广播公司（BBC）电台采访时却认为，LHC是不会证实希格斯玻色子的存在，而找到“超对称假说”中的“超伴子”是粒子的可能性更大。他表示：“如果我们没有在试验中发现希格斯玻色子的存在，那么这将是一件更令人激动的事情。因为这表明我们在某方面做错了，我们需要重新来考虑这件事情。我已经打赌100美元，他们是不会找到希格斯玻色子的。” 霍金认为，无论LHC能发现什么，都将会告诉人类许多关于宇宙形成的信息。

而另一位物理学权威、美国普林斯顿高级研究院的尼玛•阿卡尼•哈米德的预测则充满乐观。他说：“我用一年的薪水作赌注，我赌他们能找到希格斯粒子。”参与该项目的科学家则承认，即便理论假设中的“上帝粒子”确实存在，它将在碰撞后10亿分之1秒的时间内衰变，因此要想捕捉到它极不容易。试验要想获得任何有意义的结果，也还需要多年时间。

每次对撞都会喷出大量粒子，绝大多数是已知粒子，但偶尔也会出现一些新奇的粒子


***物理试验的现实价值

即使能发现制造宇宙物质质量的希格斯玻色子，这项试验对我们的生活又有什么实际的好处呢？能让我们更便捷上网吗？收看到更多电视频道吗？纽约市立大学理论物理学教授加来道雄（Michio Kaku）表示，物理学试验的潜在回报体现在多个方面：

其一，电信。先前的物理学试验带来了数据处理方面的挑战，这令CERN于1990年创造出了万维网。同样，LHC也将引领我们进入一个全球分布式计算和大量数据更有效贮存的时代。更好地了解亚原子世界将导致量子计算和超安全通信方面取得突破。事实上，LHC进行的每一个大型试验一年所获得的数据，可以刻满十万张双面DVD。为了对这些数据进行分析，世界各地成千上万名科学家都要参与进来，他们所使用的数万台甚至数十万台计算机借助分布式计算网络（网格计算）联合在一起，构成了全球最强大的超级计算机系统。

其二，医疗。粒子加速器目前在癌症治疗和医学成像方面的作用越来越显著。许多医院利用质子、碳离子甚至是反物质等带电粒子来治疗癌症。用于开发LHC的新技术将来会在医院找到广阔的用武之地。为LHCb试验建造的超灵敏光子探测器就是一个重要的例证，此项目发言人罗杰•弗迪说：“我觉得它们在医疗领域的应用就像异花授粉。”

其三，能源：加来道雄表示，通过LHC获得的认识可能在未来数十年内用于开发新能源，比如可控的核聚变电站。微型黑洞的产生甚至可能在能源需求中扮演一个长远性的角色。他说：“一些人认为外太空的黑洞可能是未来人类的能源。”

加来道雄认为，如果看更长远地来看，对宇宙的深入探索总是会带来技术突破。利用机械力导致19世纪的蒸汽机的出现，人类进入了工业时代，电力与磁力的统一导致计算机、激光和20世纪的其它发明的诞生。原子的奥秘的解开带来了核时代的胜利和恐慌。

他说：“人类历史被不断破解的重力、电力和磁力以及核力所塑造。如今我们处于所有这些力统一始祖的边缘，所有这些力将统一成一种超级力。我们认为超级力就是超弦理论，是超级力引发宇宙大爆炸的，创造了宇宙万物。”

来自LHC的最大发现会是什么？加来道雄认为会是太多的巨大突破。他说：“LHC将不会打开另一宇宙的大门，它也不会在太空中开个洞。但它将会尽力建立一个等式，从而让高级文明社会能精确操纵时空。”

CERN的大型强子对撞机


***黑洞吞噬地球不可能

大型强子对撞机（LHC）的构想从1980年首度出现，1994年开始设计建造。它由欧洲20个国家联手发起，来自80多个国家和地区的约7000名科学家和工程师参与了建设，总投资达60亿至100亿美元。作为观察国的中国参与了4个大试验的设备建造，并将参与试验物理分析。

尽管全球物理学家对这个项目都寄予厚望，但“微型黑洞”产生的可能性也令“末日论”流言四起，一些人认为，“复制”137亿年前大爆炸发生后的宇宙初始形态，将导致一场灾难。

世界最大对撞机启动模拟宇宙大爆炸 中国参与研究2008年09月10日 19:22 来源：新华网 [发表评论] [推荐朋友] [关闭窗口] [打印本稿]
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。

 综合报道，欧洲核子研究中心(CERN)的世界最大型强子对撞机，已于北京时间10日下午3时34分左右正式启动，将第一束质子束流注入对撞机。专家指出，该对撞机正式启动具有里程碑意义，中国将参加相关试验的物理分析。

 模拟宇宙大爆炸

 在瑞士和法国边界地区的地底实验室内，科学家们正式展开了被外界形容为“末日实验”的备受争议的计划。他们启动了全球最大型的强子对撞机(LHC)，把次原子的粒子运行速度加快至接近光速，并将互相撞击，模拟宇宙初开“大爆炸”后的情况。科学家希望借这次实验，有助解开宇宙间部分谜团。但有人担心，今次实验或会制造小型黑洞吞噬地球，令末日论流言四起。

 这项实验在深入地底100米、长达27公里的环型隧道内进行。科学家预计，粒子互相撞击时所产生的温度，比太阳温度还要高10万倍，就好比137亿年前宇宙发生大爆炸时那一刹那的情况。

 对撞机创造多项世界之最

 世界上最大的机器——周长2.6659万米,内部共有9300个磁体；其制冷分配系统的八分之一堪称世界上最大的制冷机。

 世界上最快的跑道——质子穿行速度可达光速99.99%，每秒总共能发生约6亿次撞击。

 太阳系中最空的空间——大型强子对撞机的内压是10-13个大气压，比月球上的压力小10倍。

 银河系中最热的热点——当两束质子束相撞时，它们将在一个极小的空间内产生比太阳中心热10万倍的高温

 制造宇宙最低温——制冷系统将对撞机保持在零下271.3摄氏度(1.9开氏度)的超低温环境下，比外层空间温度还低。

 世界最强大的超级计算机系统——产生数据每年可刻10亿张双面DVD，将利用分布在全球的数万台电脑构成的网格进行分析。

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。

 质子束流明夏将达到设计能量

 参与大型强子对撞机上CMS探测器建设的BJ大学教授钱思进10日在接受新华社采访时指出，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。

 启动前准备工作头绪多难度大

 大型强子对撞机的建造难度很大，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。

 多国联手中国参与

 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。

 据报道，整项计划前期已花了近20年，耗用了数十亿美元。未来数年，这台对撞机将会继续运作。

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。

 质子束流明夏将达到设计能量

 参与大型强子对撞机上CMS探测器建设的北京大学教授钱思进10日在接受新华社采访时指出，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。

 启动前准备工作头绪多难度大

 大型强子对撞机的建造难度很大，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。

 多国联手中国参与

 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。

 据报道，整项计划前期已花了近20年，耗用了数十亿美元。未来数年，这台对撞机将会继续运作。

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