大型强子对撞机

大型强子对撞机求助编辑百科名片大型强子对撞机欧洲大型强子对撞机是现在世界上最大、能量最高的粒子加速器，是一种将质子加速对撞的高能物理设备，英文名称为LHC(LargeHadronCollider)。大型强子对撞机坐落于日内瓦附近。参与这一项目的研究人员表示，在短短3个月的实验过程中，他们已经探测到处于我们当前对物理学的了解——标准模型核心的所有粒子。北京时间7月28日消息，据国外媒体报道，参与大型强子对撞机(LHC)项目的科学家表示，他们可能已经“接近”希格斯玻色子。希格斯玻色子也被称之为“上帝粒子”，据信在大爆炸之后宇宙形成过程中扮演重要角色。目录设备简介研究主题主要计划LHC升级计划分布式计算机化经费支出设备建设相关问题科学家认为会造出黑洞工作原理六大科学实验大型离子对撞机实验超环面仪器实验紧凑渺子线圈实验LHC底夸克探测器(LHCb)全截面弹性散射探测器(TOTEM)LHCf探测器创造之最世界上最大的机器世界上最快的跑道太阳系中的最空的空间银河系中最热的热点但比外太空要冷有史以来最大最先进的探测器世界最强大的超级计算机系统待解谜团安全评估宇宙射线微型黑洞奇异微子真空泡沫磁单极子报告和评估模拟宇宙大爆炸改善人类生活最新进展情况设备简介研究主题主要计划LHC升级计划分布式计算机化经费支出设备建设相关问题科学家认为会造出黑洞工作原理六大科学实验大型离子对撞机实验超环面仪器实验紧凑渺子线圈实验LHC底夸克探测器(LHCb)全截面弹性散射探测器(TOTEM)LHCf探测器创造之最世界上最大的机器世界上最快的跑道太阳系中的最空的空间银河系中最热的热点但比外太空要冷有史以来最大最先进的探测器世界最强大的超级计算机系统待解谜团安全评估宇宙射线微型黑洞奇异微子真空泡沫磁单极子报告和评估模拟宇宙大爆炸改善人类生活最新进展情况展开编辑本段设备简介大型强子对撞器[1][2](LargeHadronCollider，LHC)，是一座位于瑞士日内瓦近郊欧洲核子研究组织CERN的粒子加速器与对撞机，作为国际高能物理学研究之用。(全球定位点：北纬46°14′00″，东经6°03′00″46.233333333333;6.05)LHC已经建造完成，北京时间2008年9月10日下午15：30正式开始运作，成为世界上最大的粒子加速器设施。但在2008年9月19日，LHC第三与第四段之间用来冷却超导磁铁的液态氦发生了严重的泄漏，导致对撞机暂停运CERN的大型强子对撞机转。LHC是一个国际合作的计划，由34国超过两千位物理学家所属的大学与实验室，所共同出资合作兴建的。LHC包含了一个圆周为27公里的圆形隧道，因当地地形的缘故位于地下50至150米之间。这是先前大型电子正子加速器(LEP)所使用隧道的再利用。隧道本身直径三米，位于同一平面上，并贯穿瑞士与法国边境，主要的部分大半位于法国。虽然隧道本身位于地底下，尚有许多地面设施如冷却压缩机，通风设备，控制电机设备，还有冷冻槽等等建构于其上。加速器通道中，主要是放置两个质子束管。加速管由超导磁铁所包覆，以液态氦来冷却。管中的质子是以相反的方向，环绕着整个环型加速器运行。除此之外，在四个实验碰撞点附近，另有安装其他的偏向磁铁及聚焦磁铁。两个对撞加速管中的质子，各具有的能量为7TeV(兆兆电子伏特,)，总撞击能量达14TeV之谱。每个质子环绕整个储存环的时间为89微秒(microsecond)。因为同步加速器的特性，加速管中的粒子是以粒子团(bunch)的形式，而非连续的粒子流。整个储存环将会有2800个粒子团，最短碰撞周期为25纳秒(nanosecond)。在加速器开始运作的初期，将会以轨道中放入较少的粒子团的方式运作，碰撞周期为75纳秒，再逐步提升到设计目标。在粒子入射到主加速环之前，会先经过一系列加速设施，逐级提升能量。其中，由两个直线加速器所构成的质子同步加速器(PS)将产生50MeV的能量，接着质子同步推进器(PSB)提升能量到1.4GeV。而质子同步加速环可达到26GeV的能量。低能量入射环(LEIR)为一离子储存与冷却的装置。反物质减速器(AD)可以将3.57GeV的反质子，减速到2GeV。最后超级质子同步加速器(SPS)可提升质子的能量到450GeV。60余名中国科学家(其中近四十人为台湾科学家)参与强子对撞机实验。四个主要实验均有中国科研单位和高校参与，分别为：中科院高能物理研究所、中国科技大学、山东大学、南京大学参与ATLAS实验；中科院高能物理研究所、北京大学参与CMS实验；华中师范大学参与ALICE实验；清华大学参与LHCb实验。在LHC加速环的四个碰撞点，分别设有五个侦测器在碰撞点的地穴中。其中超环面仪器(ATLAS)与紧凑渺子线圈(CMS)是通用型的粒子侦测器。其他三个(LHC底夸克侦测器(LHCb),大型离子对撞器(ALICE)以及全截面弹性散射侦测器(TOTEM)则是较小型的特殊目标侦测器。LHC也可以用来加速对撞重离子，例如铅(Pb)离子可加速到1150TeV。由于LHC有着对工程技术上极端的挑战，安全上的确保是极其重要的。当LHC开始运作时，磁铁中的总能量高达100亿焦耳(GJ)，而粒子束中的总能量也高达725百万焦耳(MJ)。只需要10?7总粒子能量便可以使超导磁铁脱离超导态，而丢弃全部的加速粒子可相当于一个小型的爆炸。[3]编辑本段研究主题物理学家希望借由加速器对撞机来帮助他们解答下列的问题：标准模型中所流行的造成基本粒子质量的希格斯机制是真实的吗？真是如此的话，希格斯粒子有多少种，质量又分别是多少呢？当重子的质量被更精确的测量时，标准模型是否仍然成立的？粒子是否有相对应的超对称(SUSY)粒子存在？为何物质与反物质是不对称的？有更高维度的空间(Kaluza-Kleintheory,extradimensions)存在吗？我们可以见到这启发弦论的现象吗？宇宙有96%的质量是目前天文学上无法观测到的，这些到底是什么？为何万有引力比起其他三个基本作用力(电磁力，强作用力，弱作用力)差了这么多个数量级？重离子对撞机虽然LHC的物理实验计划，着重于研究质子对撞后的现象。然而，短期的如每年一个月的重离子对撞也在实验计划之中。虽然其他较轻的离子对撞实验也是可行的，目前主要的规划为铅离子的对撞实验。编辑本段主要计划LHC升级计划有提议在十年内LHC需要作一个硬件性能的提升。认为LHC需要作基本上硬件的修改以提大型强子对撞机升它的亮度（单位截面碰撞发生的频率）。理想中LHC升级的途径将是包含增加粒子束的流量，以及修改两个需要高亮度的区域：ATLAS与CMS这两个侦测器来配合。下一代超大型强子对撞器的入射能量需增加到1TeV，因此前置入射装置也需作一个升级的动作，特别是在于超级质子同步加速器的部分。分布式计算机化LHC@Home是一个分布式计算的计划，用来支持LHC兴建与校正之用。这个计划是使用BOINC平台，来模拟粒子如何在加速器隧道中运行。有了这项资讯，科学家便可以决定如何放置磁铁与调整功率，来达到加速轨道运行的稳定。安全考量在美国RHIC开始实验之时，同时包含内部的研究者与其他外部的科学家，都有担心类似的实验可能会引发理论上的一些灾难，甚至摧毁地球或是整个宇宙：创造出一个稳定的黑洞；创造出比一般物质更稳定的奇异物质(构成假说中的奇异星的物质)吸收掉所有一般物质；创造出磁单极促成质子衰变造成量子力学真空态的相变到另一个未知的相态。RHIC与CERN都有进行了一些研究调查，检视是否有可能产生例如微黑洞，微小的奇异物质(奇异微子)或是磁单极等危险的事件。[8]这份报告认为“我们找不到任何可以证实的危害”例如，除非某个未经证实的理论是对的，否则是不可能产生出微小黑洞的。即使真的有微黑洞产生了，预期会透过霍金辐射的机制，很快就会蒸发消失，所以会是无害的。而认为即使像LHC这样高能量的加速器的安全性，最有力的论点在于一个简单的事实：宇宙射线的能量是比起LHC来要高出非常多数量级的，太阳系星体从形成到现在这么多年下来，都不断地被宇宙射线轰击。既没有产生出微黑洞，微小的奇异物质或是磁单极来，太阳、地球和月球也都没有因此而被摧毁。然而，仍有一些人还是对LHC的安全性有疑虑：像是这一个有着许多新的，未经测试过的实验，是没有办法完全保证说上述的情况不会发生。JohnNelson在伯明翰大学谈到RHIC说“这是非常不可能会有危害的-但是我无法百分之百保证。”另外在学术界，对于霍金辐射是否是正确的，也是有一些疑问。RHIC自2000年运作到现在，都没有有产生可以摧毁地球的物质的迹象。编辑本段经费支出LHC的建造经费最初是1995年通过的一笔26亿瑞朗，另有一笔两亿一千万元瑞朗的经费作为实验之用。然而，经费超支。在2001年的一次主要审核预期，将需增加四亿八千万元瑞朗在加速器的建造，与五千万元瑞朗的支出在实验运作上。同时，由于CERN年度预算的缩减，LHC的完工日期由2005年延后到2007年四月，以使用更多年度预算来支付。其中增加的一亿八千万元瑞朗，在于超导磁铁的制造上。另外，尚有在兴建放置CMS的地下洞穴时，遭遇到工程技术上的困难。预期的建造总额约为八十亿元美金。编辑本段设备建设在2005年10月25日，因为起重机载货的意外掉落，造成一位技术人员的丧生。2007年3月27日，由费米实验室所负责建造，一个用于LHC内部的三极低温超导磁铁（属于聚焦用四极磁铁），因为支撑架的设计不良，在压力测试时发生破损。虽然没有造成人员的伤亡，但是却严重影响了LHC开始运作的时程。费米实验室主任皮耶·奥登（PierOddone）说道：「在这个案例中，我们惊讶地发现到，一个简单的静力平衡被疏忽了。」这个错误存在原始的设计中，而且经过多年来数次的审核都没有发现。分析发现，为了缩小支撑架的粗细来达成束流管更佳的绝缘效果，却因此不足以支撑压力测试时，所施加的外力。详细的内容可见于费米实验室的对外说明，CERN也同意其内容。修复损坏的磁铁，并且补强八个同型的磁铁造成了LHC预计开始运行的时程，因此延迟到2007年11月。2008年9月19日，LHC第三与第四段之间用来冷却超导磁铁的液态氦发生了严重的泄漏，目前据推测是由于联接两个超导磁铁的接点接触不良，在超导高电流的情况下融毁所造成的。依据CERN的安全条例，必需将磁铁升回到室温后详细检查才能继续运转，这将需要三到四周的时间。要再冷却回运作温度，也是得经过三四周的时间，如此正好遇上预定的年度检修时程，因此要开始运作将可能延迟至2009年春天。2008年10月16日，CERN发布了关于液态氦泄漏事件的调查分析，证实了先前推测的为两超导磁铁间接点不良所造成的。由于安全条例确实地实行、安全设计皆有正常工作、并且替换用的零件都有库存，预期明年6月重启。编辑本段相关问题大型强子对撞机它是什么？它将是世界上最大、能量最高的粒子加速器，是一种将质子加速对撞的高能物理设备，英文名称为LHC(LargeHadronCollider)。它是一个圆形加速器，深埋于地下100米，它的环状隧道有27公里长，因此走完全程要花4个多小时。你可以将百慕大、摩纳哥和4个梵蒂冈塞进它所占的区域内。近期，大型强子对撞机将投入使用。位置：它坐落于在瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心（又名欧洲粒子物理实验室），横跨法国和瑞士的边境。它有什么用途？大型强子对撞机将两束质子分别加速到7TeV（7万亿电子伏特）的极高能量状态，并使之对撞。其能量状态可与宇宙大爆炸后不久的状态相比。粒子物理学家将利用质子碰撞后的产物探索物理现象，例如，寻找标准模型预言的希格斯粒子、探索超对称、额外维等超出标准模型的新物理。它为什么这么大？事实上，你应该问为什么它这么小。答案是为了节省成本。物理学家们没有开凿一条昂贵的新隧道来容纳新的对撞机，而是决定拆掉原来安置在欧洲原子核研究中心的正负电子加速器，代之以建造大型强子对撞机所需要的5万吨设备。当两个质子束在环形隧道中沿着反方向运动的时候，强大的电场使它们的能量急剧增加。这些粒子每运行一圈，就会获得更多的能