大型強子對撞機長27公里,深埋在法國瑞士邊境地下100米的深處,過去二十多年里,來自全球四十多個國家的數(shù)千名科學(xué)家,用了50億美元,在打造這個揭開宇宙秘密的解碼器,有人說,它是人類有史以來最偉大的科學(xué)試驗,也有人說,它是愛因斯坦之后,最偉大的物理學(xué)里程碑,還有人說,這臺機器是繼阿波羅計劃以后,人類最具雄心的宏偉工程,正像當年我們無法想象相對論帶給世界的變化,我們現(xiàn)在也無法想象,它將會給人類的生活和世界的面貌帶來一場怎樣的革命。
大型強子對撞機將給人類的生活和世界的面貌帶來怎樣的革命?
這就是歐洲研究組織的大型強子對撞器,它坐落于瑞士和法國邊境地下100米深處的環(huán)形隧道,這個大型強子對撞器從構(gòu)想到建成,已經(jīng)歷時近20年,耗費資金超過80億美元,吸引了來自全球80多個國家的近5000名科學(xué)家參與其中。
9月10日15點30分,這個對撞器上演了微縮版的“宇宙大爆炸”,重現(xiàn)了宇宙誕生時的形態(tài),這個史上規(guī)模最大的科學(xué)計劃,使人類進入了物理學(xué)的全新領(lǐng)域,開啟了重大物理學(xué)發(fā)現(xiàn)的一個新黃金時代。
那么這個大規(guī)模實驗的原理又是什么?原來在這個大型的強子對撞器內(nèi)部,有一條長達27公里的圓形隧道,在這里科學(xué)家們會將質(zhì)子和離子加速至接近光速,然后使它們相撞,從而模擬出宇宙大爆炸后一萬億分之一秒內(nèi)的能量和條件,緊接著科學(xué)家們會對撞擊所產(chǎn)生的殘骸物進行細致的分析,以此來探求物質(zhì)本質(zhì)的線索,以及自然中新的力量和平衡,最終達到,揭示宇宙起源,尋找“上帝粒子”——希格斯玻色子的目的。
這次的大撞擊,將完成六項截然不同實驗,其中包括超環(huán)面儀器實驗和緊湊渺子線圈實驗兩項大規(guī)模實驗;大型離子對撞機實驗和底夸克實驗兩項中型實驗;以及全截面彈性散射偵測器實驗和前行粒子實驗。
通過這些實驗,一連串未解之謎將被撩開神秘的面紗,“質(zhì)量的起源是什么?”、“96%的宇宙是由什么構(gòu)成的?”、“為什么找不到反物質(zhì)?”、“宇宙誕生后的第一秒又是怎樣的狀態(tài)?”、“空間是否存在額外維度”等等這些謎團,將有望一一破解,由此帶來的任何一項科學(xué)新發(fā)現(xiàn),都彌足珍貴,足以成為一個個揭秘自然的“金蘋果”。
此外,在建造這個大型實驗裝置的過程中,科學(xué)家們已經(jīng)獲得了許多科研成果副產(chǎn)品,比如,互聯(lián)網(wǎng)最初就是歐洲核子研究中心的科學(xué)家為了解決數(shù)據(jù)傳輸問題而發(fā)明的,為了解決大型強子對撞機海量數(shù)據(jù)的分析問題,這里的科學(xué)家又開始采用分布式計算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將數(shù)萬臺甚至數(shù)十萬臺計算機聯(lián)合在一起構(gòu)成全球最強大的超級計算機系統(tǒng),網(wǎng)格計算技術(shù)將對信息時代的科技發(fā)展起到重要作用,另外,大型對撞機還將帶來一些意想不到的科研成果,比如改進癌癥治療、摧毀核廢料的方法以及幫助科學(xué)家研究氣候變化等。
我們希望這臺強子對撞機能成為一把打開宇宙終極秘密的鑰匙,這場讓全世界都翹首以盼的對撞究竟是怎么發(fā)生的?到時候,大家將看到一副怎樣的情形?
這個世界上最大、最具威力的強子對撞機是歐洲粒子物理研究所加速復(fù)合體的最新研究項目,主要由一個27公里長的超導(dǎo)磁體環(huán)和許多促使粒子能沿著特定方向傳播的加速結(jié)構(gòu)組成,強子對撞機以及技術(shù)方面的基礎(chǔ)設(shè)施,都安裝在歐洲粒子物理研究所的控制中心。
在強子對撞機的內(nèi)部,兩束高能粒子流在彼此相撞之前,以接近光速的速度,分別通過兩個不同的,處于超高真空狀態(tài)的光束管,向相反方向傳播。
這兩束高能粒子在強磁場的促使下圍繞加速環(huán)告訴運行,而這個強磁場正式利用超導(dǎo)電磁石獲得的,這些超導(dǎo)電磁石采用特殊電纜線制成,它們在超導(dǎo)狀態(tài)下進行操作,能夠有效傳導(dǎo)電流,幾乎沒有電阻消耗和能量損失。
而達到這種理想的超導(dǎo)傳輸,大約需要將磁體冷卻到零下271攝氏度,這個溫度比外太空的溫度還低,正是由于這個原因,大部分加速器都與一個液態(tài)氦分流系統(tǒng)和其他設(shè)備相連,而這個液態(tài)氦分流系統(tǒng)就是用來冷卻磁體的。
大型強子對撞機利用數(shù)千個種類不同、型號各異的磁體,給加速器周圍的粒子束指引方向,這些磁體中包括15米長的1232雙極磁體和392四極磁體。
其中,1232 雙極磁體被用來彎曲粒子束,而392四極磁體每個都有5到7米長,它們被用來集中粒子流,在碰撞之前,大型強子對撞機利用另一種類型的磁體“擠壓”粒子,讓彼此靠的更近,以增加它們成功相撞的機會,這些粒子非常小,讓它們相撞,就如同讓從相距10公里的兩地發(fā)射出來的兩根針相撞一樣。
在這些特定的條件下,最終,大型對撞機內(nèi)的粒子流將在加速器環(huán)周圍的4個區(qū)域相撞,而這4個區(qū)域正好與粒子探測器的位置相對應(yīng),粒子流碰撞后,會模擬出宇宙大爆炸時的形態(tài),宇宙如何誕生?由什么物質(zhì)構(gòu)成?宇宙的未來又將如何?人類對這些奧秘的探究將更進一步。
陳和生:毀滅地球毀滅人類的這種可能性是根本不存在的
歐洲大型強子對撞機順利啟動,按照計劃,昨天科學(xué)家將首批質(zhì)子導(dǎo)入大型強子對撞機的環(huán)形隧道之后,這些質(zhì)子束將以逆時針方向不斷加速運動,當對撞發(fā)生的那一瞬間,產(chǎn)生的高溫將達到太陽溫度的10萬倍,也正是因為這些讓人難以想象的數(shù)據(jù),國外已經(jīng)有些人開始擔心,對撞機一旦失控,會不會導(dǎo)致吞噬地球的黑洞出現(xiàn),甚至連當今全世界最著名的科學(xué)家霍金也加入到這樣的討論中來,現(xiàn)在試驗已經(jīng)開始了二十多個小時,對撞機第一天運轉(zhuǎn)情況怎么樣?記者也趕到了中國科學(xué)院高能物理研究所,來聽聽專家的評價。
作為大型強子對撞機試驗中CMS實驗中國組負責(zé)人,陳和生所長在實驗啟動的第一時間收到到了歐洲方面的郵件通知,隨著實驗深入,他會繼續(xù)參與項目進程,此刻,他領(lǐng)導(dǎo)的工作組成員正在日內(nèi)瓦緊張的工作,那么它目前最新的進展情況如何。
中科院院士、中科院高能物理所所長陳和生:“昨天是在一個組成的儲存環(huán)里,他需要再等到這個兩個星期左右,第二個儲存環(huán)才能夠,也儲存上粒子估計要到下個月中下旬才會實現(xiàn)對撞,那么它正式的落成典禮,是在十月二十一號。”
記者:“這項試驗它大概要進行多長時間?”
陳和生:“我想大概至少是十二到十五年吧,但是估計第一批重大的結(jié)果可能兩三年就會出現(xiàn),小的結(jié)果可能很快出現(xiàn),但是重大的結(jié)果至少要等兩三年!
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