总策划:饶洪桥 总编审:季桂林 张 锋 吕国英 编辑设计:孙学宝 刘 超
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欧洲大型强子对撞机首测取得成功(图)
10日,科学家将一个质子束导入17英里(27公里)长的隧道并让其运行整条隧道长度。测试的成功为了解宇宙结构迈出了重要一步。
世界最大粒子对撞机9月10日正式启动(图)
北京时间9月10日下午15:30分左右,欧洲核子研究中心将首批质子导入大型强子对撞机的环形隧道,正式启动了世界上最大的粒子对撞机。
欧洲大型强子对撞机产生第一批图片(图)
第二束质子束流贯穿强子对撞机
大型强子对撞机缔造者:从小喜欢玩爆破
驳斥对撞机毁灭地球论
钱思进:大型强子对撞机启动具有里程碑意义
大型强子对撞机实验通过卫星和互联网直播
美专家起诉欧洲对撞机可能撞出黑洞毁灭地球(图)
霍金:对撞机大爆炸实验可能让我获诺贝尔奖(图)
全球最大对撞机启动 将模拟宇宙大爆炸
20余名中国科学家参与强子对撞机实验(图)
背景资料
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有关大型强子对撞机的名词解释
与LHC有关的三大科学巨头
揭秘世界最大对撞机:将重现宇宙诞生时形态
全球九个规模最大科学工程:强子对撞机居首(图)
最有可能毁灭地球的五个科学实验
欧洲大型强子对撞机之最(图)
科普:"迷你"黑洞没啥可怕
大型强子对撞机的安全性
大型强子对撞机计算网格(组图)
大型强子对撞机概况
大型强子对撞机不仅是世界最大的粒子加速器,同时也是世界最大的机器。这个27公里长的粒子加速器,位于瑞士、法国边境地区的地下100米深的环形隧道中,隧道全长26.659公里,建设耗资超过60亿美元。
欧洲粒子物理研究所(CERN)准备在8月初首先进行一次小型试验,计划在9月进行一次全轨道试验,年底前正式实施粒子对撞试验。开始试验前的最后一个步骤是,将大型强子对撞机冷却到零下271.25摄氏度(零下456.25华氏度)。
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对撞机工作原理
大型强子对撞机主要由一个27公里长的超导磁体环和许多促使粒子能沿着特定方向传播的加速结构组成。
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。
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粒子对撞世界之最
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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。不仅大型强子对撞机是世界上最大的粒子加速器,而且仅它的制冷分配系统(cryogenic distribution system)的八分之一,就称得上是世界上最大的制冷机。
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99.99%。
太阳系中的最空的空间
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10-13个大气压,比月球上的压力小10倍。
银河系中最热的热点 但比外太空要冷
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。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摄氏度(1.9开氏度)的超低温环境下。
五大科学谜团待破解
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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"?对于这些问题,科学家到现在也没有找到一个确切答案。最有可能的解释似乎可以在希伯斯玻色子身上找到。希伯斯玻色子是"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。
96%的宇宙由什么构成?
我们在宇宙中看到的一切--从小蚂蚁到巨大的星系--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和暗能量构成,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。
为什么找不到反物质?
我们生活在一个由物质构成的世界,宇宙万物--包括我们人类在内都是由物质构成的。反物质就像物质的一个孪生兄弟,但它却携带相反电荷。在宇宙诞生时,"大爆炸"产生了相同数量的物质和反物质。然而,一旦这对孪生兄弟碰面,它们就会"同归于尽",并最终转换成能量。不知何故,少量物质幸存下来,并形成我们现在生活的宇宙,而它的孪生兄弟反物质却几乎消失得无影无踪。
物质在宇宙诞生那一刻呈什么状态?
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。
空间的额外维度真的存在吗?
根据爱因斯坦广义相对论,人类生存的三维空间加上时间轴即构成所谓四维空间。后来的理论认为,可能存在拥有隐藏维度的空间。弦理论便暗示额外的空间维度尚未被人类观察到,它们似乎会在高能条件下显现出来。基于这种推测,科学家将对所有探测器获得的数据进行仔细分析,以寻找额外维度存在迹象。
毁灭地球之争
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欧洲离子对撞机能撞出黑洞?
9月10日,LHC将要开展对撞试验。对此,一些欧洲科学界人士声称,认为实验产生的黑洞可以吞噬地球。或者,强子对撞机将产生一类名为“奇异微子”的粒子,将地球变成一团沉寂、收缩的“奇异物质”。他们甚至到法院起诉资助该项目的20个欧洲国家,要求停止或推迟这个项目。
尽管这一诉讼听起来有些荒诞,但却揭示了一个近年来困扰学者和科学家的严肃问题,即如何评估这次极富创造力的实验的风险性,以及由哪一方去决定是否继续这项实验。
美物理学家四大理由驳斥
对撞机的冒险是否值得
不会毁灭地球四大理由
首先,大自然可以产生比大型强子对撞机以宇宙射线形式产生的粒子的能量更高的次原子粒子。然而我们现在还不是好好地呆在地球?
第二,这些微型黑洞不仅仅是一些小黑洞,它们实际上只有亚原子大小,也就是跟电子或质子差不多大。甚至还不能点亮一盏电灯。
第三,这些微型黑洞很不稳定,它们很快就会垮塌。一些评论人士称,这些微型黑洞可能会被地球重力场捕获,但是它们消失得太快,根本来不及对任何人造成危害。
第四,科学家之所以会有意避而不答,并不是因为我们认为这种事情可能会发生,而是因为量子论中有一个漏洞。根据维尔纳海森贝格的"不确定原理",任何事情都有些微发生的可能性。
对撞机冒险值不值?
欧洲强子对撞机将于9月10日运行,它或许会掀开物理学崭新的一页。而对于其存在的所谓"危险",英格兰哲学家AC格雷林于今年6月在英国《卫报》上撰文阐述了自己的观点:
在科学研究的征途上,这种进退两难已经不是第一次出现了。对知识的探求经常是要冒一点风险的,例如对以往已确定之事的颠覆,或者说颠覆已确立的体系和被广泛接受的想法及观点,进而招致别人的敌意和大多数人反对;被食人族俘获或者从世界的边缘跌落。实际上,我们现在所要面临的风险与过去完全不同,所接受的挑战也是过去无法相比的。但如果让胆怯占据我们的内心,人类社会将不会取得长足发展。幸运的是,这种"如果"是不成立的,总有一些人踏上冒险之旅。如果不是这样,我们可能仍停留在原始社会。
大型强子对撞机主要实验内容
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ALICE探测器
为了进行ALICE实验,大型强子对撞机将让铅离子进行对撞,在实验室条件下重建"大爆炸"之后的宇宙初期形态。获得的数据将允许物理学家研究夸克-胶子等离子体的性质和状态,这种物质据信在"大爆炸"发生后只存在很短时间。
LHC底夸克探测器
LHCb实验将有助于我们理解人类为何生活在一个几乎完全由物质而非反物质构成的宇宙。它通过研究一种称为"美夸克"(beauty quark)的粒子,专门对物质和反物质之间的微妙差异展开调查。
ATLAS探测器
ATLAS是大型强子对撞机两个通用探测器中的一个。此项实验涉及到物理学的很多领域,包括寻找希伯斯玻色子、额外维度以及构成暗物质的粒子。与CMS的实验目的一样,ATLAS也将记录与撞击时产生的粒子有关的类似数据,即它们的路径、能量以及特性等等。
CMS探测器
CMS实验利用一个通用探测器,对物理学的很多领域进行研究,包括寻找希伯斯玻色子、额外维度以及构成暗物质的粒子。虽然实验目的与ATLAS相同,但这个探测器的磁铁系统却采用了完全不同的技术和设计。
大型强子对撞机组图
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实验前最后测试
最大的粒子对撞机
欧洲核子研究中心(CERN)
英国著名科学家斯蒂芬霍金
空中俯瞰欧洲核子研究中心
产生第一批图片
首次测试取得成功
世界最大粒子对撞机
压缩介子线圈
对撞机整体结构图
世界上最大的机器
可能存在拥有隐藏维度的空间
宇宙大爆炸示意图
为什么找不到反物质?
96%的宇宙由什么构成?
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