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强子对撞机实验结果有多可怕视频 强子对撞机原理图

强子对撞机实验结果有多可怕

对撞机将一直持续工作到2010年秋天。相关试验结果将于2010年公布。是的,可能会引发形成极小的黑洞,但绝不会对我们地球造成大的影响。

根据科学家们的计算,强子对撞机每秒钟可以发生约8亿次的高速碰撞,而每次碰撞都能够产生一些亚原子碎片,供科学家们筛选和研究。强子对撞机可以轰开人类所不知道的其他宇宙维度,它就可能释放出巨大的能量,从而将其周围的物质吸进去,形成人造的微型黑洞。然而,这个人造黑洞非常小,直径只有百亿亿分之一米;而且这些黑洞不可能长大,它们能吸收的物质也就是周围强子束中的一些物质。

这些人造微型黑洞可能会被地球重力场捕获,但是它们很快就会“夭折”,生存时间仅为数万亿分之一秒,根本不可能成长为巨型黑洞,也不会对人们的生命安全造成威胁。现在,离大型强子对撞机启动已经很多天了,地球照样正常运转,没有人为此付出了生命的代价。因此,我们要多了解些相关知识,不要轻信那些谣言。尽管有人为人造黑洞担忧,但是科学家却期盼着可能出现的人造微型黑洞,比如霍金就表示:“如果真的能造出黑洞,进而验证我的相关理论预言,无疑我将获得诺贝尔奖。”

延伸阅读

原子对抗机是什么原理

首先这属于高能物理实验。所谓高能物理就是能量很高啦~高到什么地步呢?就是说在这个能区内,原子开始展现出其内部结构,能量越高,我们能够看到的细节越多,从原子到质子中子,到夸克,这些多少会听说过的名称实际上都是经过不断的实验积累和理论上的推测发现并确定其性质的。

大型强子对撞机内部

这对应着宇宙爆炸后非常非常短的时间内的能量和物质密度,一切所知的物质结构都被打散,只剩下最基本的目前认为不可被分割的基本粒子。不过请不要试图用切西瓜或者其他经典图像来照搬,基本粒子的存在方式、其间的关系和相互作用是需要专业的数学预言来描述的。只有当深入的学习,搞清楚这些数学和物理本质以后,逐步建立起量子、场等概念才能进行深入的讨论。

好啦,再说加速器实验。加速器实验是高能实验中重要的也是最庞大、消耗人力物力的实验。不过加速器也没有离我们生活这么远,我们经常听说的照X光片,治疗癌症的放疗,重离子加速癌症治疗(我国目前兰州重离子加速器HIRFL就是正在运行的一台,可以参见重离子加速器治疗癌症靠谱吗? – 物理学,据说治疗后5年寿命保证率达到99%)。

对撞机

加速器仅仅是一种仪器,用来赋予被加速的粒子能量。被加速的粒子可以是非常轻的电子,也可以是很重的重离子,比如说金离子。而且加速达到的能量也不同。加速不同的粒子用于研究不同的问题。比如基础物理实验,为了一个简单的实验条件和干净的背景,就使用极高能量的电子,像计划中的ILC,国际直线加速器。

或者为了研究核物理、高密高压物理就会使用离子加速。目前世界上各种类型各种能区的加速器非常多,处于激烈的竞争之下。因为加速器投入大,如果有人在相同能区比你做的好,那么你的加速器就没有用了。(这里要说到我国的北京谱仪,靠着高亮度和束流质量,曾经在正负电子对撞领域迫使欧洲美国的相同能区2-5GeV加速器停机,并一直独占此能区到现在。北京正负电子对撞机(4.15更正:有同学提出了质疑,我也会再仔细调查一下。总之,我在这里想说北京谱仪是在国际上有过一定地位的))

另外,加速器还可以做医疗、光源(比如上海光源、散裂中子源等)有及其丰富和科研、民用和商业价值。

对撞机的价值在哪

加速器实验的另一个要素就是探测器。加速器只是用来制备实验对象,还要对其进行观察。这就需要用到探测器。没有加速器也是可以做高能实验的,比如暗物质探测(靠天)、中微子(靠太阳靠核电站)、高能宇宙线(比LHC不知道高到哪里去了)、质子衰变(就是慢慢等)、双beta衰变(还是慢慢等)等等。这些实验都需要特殊设计的探测器来记录粒子的信息并进行反推,得到物理事例的原貌,最终得到实验结论。

所以说不要误解加速器实验。其中对于物理来讲最重要的一部分就是探测器。

关于研究的问题,其他答主已经说的挺明白了。或者换句话说,就是理论物理前沿的方向性问题、下一步物理将走向何方。这也就是为什么人类会愿意投入100亿美金来建造这个庞然大物。关于实验原理,实际上还要从最基本的讲起。

首先,对撞干了什么?

对撞到底干了什么

对撞就是把粒子打散,打的越散越好,可以形象的理解为真的是碎成渣渣了。为什么要这样呢?因为粒子的细致结构是藏在外部之下的。当两辆车迎面相撞的时候,速度越快,撞的越厉害,发动机啊,座椅啊车皮啊飞得到处都是。要是想知道发动机是怎么工作的呢?那我们就开得再快一些,这样撞的就更散了,发动机里面的活塞什么的都飞出来了。这样就知道发动机是如何工作的了。

但是大自然还存在着更神奇的力量,当这些最细小的零件被裸露出来时,它们还会被随机的拼装,装成任何可能组装成的东西。比如说,10^10辆车相撞,都撞得稀烂,零件乱飞,然后就会恰巧的产生出火车、飞机、UFO神马的,在对撞机中也就对应着新粒子的生成。

对撞会产生什么粒子

然而这些新组装出来的东西不一定是稳定的。每一个不是基本粒子的粒子都有其寿命,随着时间都有一定的概率衰变成零件。然后零件们又会组装成生成概率最大的东西。而且有可能在这个过程中能量不够了,不再能组装回衰变前的东西。比如说,两辆车非常非常高的速度相撞,撞出一个火车,然后火车开了没有10米就散架了,然后碎裂的零件形成了5量小车。这是一个能量转换成质量的过程,完全是有可能发生的。一句话说,只要能量足够,物理过程允许,一切粒子都有可能产生。

上面说的就是对撞机中发生的物理过程。这种对撞、产生新粒子、又衰变为稳定粒子的过程叫做共振。当对撞粒子的能量在新粒子质量附近时,就会产生大量的新粒子,并通过上述反应得到具有一定特征的末态稳定粒子分布。根据这个特征,物理学家会定义一些物理量(不变质量,或者末态粒子空间分布、能量分布等等),并根据末态粒子的状态计算这个量。当共振存在时,就像真的共振一样,这个量就会形成共振峰。

对撞出原子弹的能量

对撞机就是通过探测器记录末态粒子的状态并反推发生的物理过程,筛选出感兴趣的过程和对应的末态,计算那个物理量,并进行统计,得到这个量的统计分布。当中间态的新粒子真实存在时,就会观察到一个共振峰的存在,即不变质量在末一个位置集中分布。根据这个峰,我们可以得到新粒子的质量和寿命。而所谓的结果的几个sigma是指认为这个峰在统计上存在于这个位置的可能性。并且根据空间分布等信息可以得到这个新粒子的自旋、反应的通道等等。

好了,知道了对撞机内的物理过程和实验设计思路,我们就要看探测器是如何完成对末态粒子的记录并重构物理事件的。

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中子对撞机和强子对撞机

高能物理对撞机可以按照其加速粒子的种类进行分类,强子对撞机是其中一种,它加速的粒子是强子。由夸克组成的粒子称为强子,它包括重子和介子。在重子中,相对稳定的是质子和中子,而中子不带电,无法实现加速过程。也就是说,目前可行的强子对撞机所加速的粒子是质子。当前世界上能量最高的强子对撞机位于瑞士日内瓦,由欧洲核子研究中心建造的大型强子对撞机将投入运行,届时将成为世界上能量最高的强子对撞机,它能使质子-质子在14TeV的质心能下对撞。

大型强子对撞机的原理

大型强子对撞机(LHC)是欧洲粒子物理研究所(CERN)的加速器复合体的最新补充。在这个加速器里面,2束高能粒子流在彼此相撞之前,以接近光速的速度向前传播。这两束粒子流分别通过不同光束管,向相反方向传播,这两根管子都处于超高真空状态。一个强磁场促使它们围绕那个加速环运行,这个强磁场是利用超导电磁石获得的。这些超导电磁石是利用特殊电缆线制成的,它们在超导状态下进行操作,有效传导电流,没有电阻消耗或能量损失。要达到这种结果,大约需要将磁体冷却到零下271℃,这个温度比外太空的温度还低。由于这个原因,大部分加速器都与一个液态氦分流系统和其他设备相连,这个液态氦分流系统是用来冷却磁体的。大型强子对撞机利用数千个种类不同,型号各异的磁体,给该加速器周围的粒子束指引方向。这些磁体中包括15米长的1232双极磁体和392四极磁体,1232双极磁体被用来弯曲粒子束,392四极磁体每个都有5到7米长,它们被用来集中粒子流。在碰撞之前,大型强子对撞机利用另一种类型的磁体“挤压”粒子,让它们彼此靠的更近,以增加它们成功相撞的机会。这些粒子非常小,让它们相撞,就如同让从相距10公里的两地发射出来的两根针相撞一样。这个加速器、它的仪器和技术方面的基础设施的操作器,都安装在欧洲粒子物理研究所控制中心的同一座建筑内。在这里,大型强子对撞机内的粒子流将在加速器环周围的4个区域相撞,这4个区域与粒子探测器的位置相对应。

世界上最大的量子对撞机

经过3年多的维修和升级,全球最大粒子加速器——大型强子对撞机(LHC)于7月5日正式开始第三轮运行。在当天的研讨会上,科学家们还公布了新发现的三种粒子,包括一种首次发现的五夸克态粒子和有史以来观察到的第一对四夸克态粒子。

  于2008年首次启动的LHC是目前全球最大和能量最高的粒子对撞机,由100多个国家和地区的上万名科学工作者共同设计、建造和使用。它由一个约27千米长的超导磁铁环组成,高能粒子在这里相互撞击、分离,帮助科学家发现宇宙中的基本粒子。在诸多发现成果中,最引人瞩目的是2012年发现的希格斯玻色子,被称为“上帝粒子”,也被认为是赋予其他粒子质量的基本粒子。

  根据相关报道,今年4月22日,加速器已经成功启动。经过一段时间的加速,7月5日,大型强子对撞机探测器开启所有子系统,其碰撞能量将达到创纪录的13.6万亿电子伏特。据大型强子对撞机加速器及相关技术总监迈克·拉蒙介绍,第三轮运行期间记录的碰撞次数将超过前两轮的总和,这将使科学家能够收集到更高质量的数据,为新发现奠定基础。

  欧洲核子研究中心指出,LHC第三轮运行将进一步拓展物理研究程序,从而使科学家能够“以前所未有的精确度和新渠道”详细研究希格斯玻色子的性质,对粒子物理学标准模型及其各种扩展理论展开更严格的测试。同时,LHC安装了许多新设备,不仅包括增加碰撞率的线性加速器和效率更高的数据收集分析系统,还有两个新探测器——前向搜索实验、散射和中微子探测器,前者将寻找弱相互作用的粒子,而后者将专注于中微子,有望开启相关物理学新领域。该中心同时指出,此次升级使LHC底夸克探测器的采样率增加了3倍,大型离子对撞机实验仪器记录碰撞的数量增加50倍。