量子力学-大型粒子对撞机详解

2.世界上最快的跑道
功率达到最大时，数万亿个质子将在 大型强子对撞机周围的加速器环内以每秒 1.1245万次的频率急速穿行，它们的速度 是光速的99.9999991%。两束质子束分别以 70000亿电子伏特的最大功率相向而行，在 功率达到140000亿电子伏特时发生碰撞。 每秒总共能发生大约6亿次撞击。
3.“大爆炸”的秘密——物质在宇宙诞生后的第一秒呈什么状态？
构成宇宙万物的物质据信来源于一系列密集而炽热的基本粒子。现在宇宙 中的普通物质由原子构成，原子拥有一个由质子和中子构成的核子，质子和中 子都是被称之为“胶子”的其它粒子束缚夸克形成的。这种束缚非常强大，但 在最初的宇宙，由于温度极高加之能量巨大，胶子很难将夸克结合在一起。也 就是说，这种束缚似乎是在“大爆炸”发生后的最初几微秒内形成的，此时的 宇宙拥有一个由夸克和胶子构成的非常炽热而密集的混合物，也就是所说的 “夸克-胶子等离子体”。
技术原理：
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 根管道都处于超高真空状态。一个强磁场促使它们围绕加速环运行，这个 强磁场是利用超导电磁石冷却到零下271℃获得的。因此大部分加速器都与 一个液态氦分流系统和其他设备相连用来冷却磁体。 大型强子对撞机利用数千个种类不同的磁体，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。
车与车的碰撞？——事故
人与人的碰撞？——故事
粒子与粒子如何碰撞？？？
真正的对撞机里，束流其实是很多「团」粒子，按照严 格的时间间隔，从次级加速器注入到主加速器管道中的。每 一团这样的粒子，叫「团簇」。
按照大型强子对撞机（LHC）的设计， 每一个束流有 2808 个团簇；每一个团簇内 部有大约1.15*10^11个质子；这些质子以近 光速运动，换算过来就是，大概每 25 纳秒 就会有两个团簇在反应点碰上，其中的 25~30 对质子会发生强碰撞。 当然，这不是巧合，如何让这些团簇 里的质子都有相同的能量，如何保证它们在 漫长的跑圈过程中（每一批束流在主环里一 般需跑上10小时）不分散开并保持严格的 间距，如何让两个束流的团簇能同步在反应 点碰面，这些都是加速器物理学家和工程师 付出巨大努力的结果。
2.一个“看不见”的问题——96%的宇宙由什么构成？
我们在宇宙中看到的一切，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——不发光的物质和暗能量构成， 它们对于整个宇宙的构成与运行有着极其重要的作用。对它们进行探测和研究的 难度不可想象。研究暗物质和暗能量的性质是当今粒子物理学和宇宙学面临的最 大挑战之一。
获得了英国斯旺西大学的物理学博 士学位。 1969年，他花3个月时间 访问了这一欧洲核子物理研究组织 项目。从此，他和妻子以及家人就 定居在这里。
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。
3.太阳系中最空的空间
为了避免加速器中的粒子束与空气分子相撞，这些粒子束在像行星间的 空间一样空荡的超真空环境中穿行。大型强子对撞机的内压是10的负13次方 个大气压，比月球上了压力还小10倍。
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4.银河系最热点
大型强子对撞机是一个极热和极冷并存的机器。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。与之相比，促使超流体 氦在加速器环周围循环的制冷分配系统，让大型强子对撞机保持在零下271.3℃ （1.9开氏度）的超低温环境下，这个温度比外太空的温度还低。
闻名世界的荣誉：
1.世界上最大的机器
大型强子对撞机的精确周长是2.6659万米，内部总共有9300个磁体。大型强 子对撞机不仅是世界上最大的粒子加速器，而且仅它的制冷分配系统的八分之一， 就称得上是世界上最大的制冷机。制冷分配系统在充满近60吨液态氦，将所有磁 体都冷却到零下271.3℃（1.9开氏度）前，它将先利用1.008万吨液态氮将这些磁 体的温度降低到零下193.2℃。
研究的课题：
1.牛顿未完成的工作——什么是质量？ 质量的起源是什么？为什么微小粒子拥有质量，而其它一些粒 子却没有这种“待遇”？最有可能的解释似乎可以在希格斯玻色子身 上找到。希格斯玻色子是“标准模型”这一粒子物理学理论中最后一 种尚未被发现的粒子，它的存在是整个“标准模型”的基石。早在 1964年，苏格兰物理学家彼得·希格斯便首次预言存在这种粒子，科 学家多次通过这台机器观测到这种粒子。
主要结构：
(1)加速器通道中放置两个质子束管。加速管由超导磁铁所包覆，以液态氦来冷却。 (2)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。 (3)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。
林恩·埃文斯 ——欧洲大型强子对撞机的领导者。
小组成员：
欧洲大型强子对撞机[英文名称：LHC(Large
Hadron Collider) ] ：
大型强子对撞机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。 它是世界上最大、能量最高的粒子加速器。
它是一种将质子加速对撞的高能物理设备，此圆形加速器的环状隧道有 27 公里长， 深埋于地下100米，横跨法国和瑞士的边境。由来自大约80个国家的7000名科学家和工程 师，自1994年立项开始历经14年，共同完成这项伟大的工程，在建设过程中，也不幸有 工程师和科学家因事故献出自己宝贵的生命。