原子对撞机 大型强子对撞机的回归

大家好，如果您还对原子对撞机不太了解，没有关系，今天就由本站为大家分享原子对撞机的知识，包括大型强子对撞机的回归的问题都会给大家分析到，还望可以解决大家的问题，下面我们就开始吧！

大型强子对撞机（LHC）在中断后，重新启动。2012年首次运行期间，大型强子对撞机首次探测到希格斯玻色子的新闻成为了头条，新升级的粒子加速器有潜力通过研究反物质来提供新的发现，探索暗物质的奥秘，甚至揭示额外维度的存在。

位于瑞士日内瓦的大型强子对撞机（LHC）在离线两年多后再次开启。在第一个三年的运行中，粒子加速器疑似探测到了希格斯玻色子，这个爆炸性新闻占据了两期天文在线公子集和一期每日天文在线集的焦点。希格斯玻色子是标准模型中缺失的一块，科学家们用它作为我们对几乎所有物理学的理解的基础。

图解：强子对撞机图片

标准模型预测希格斯玻色子的存在，但在LHC之前，这一难以捉摸的粒子从未被检测到过。现在，由于对撞机的首次运行费用大约为36亿美元，历时三年，产生了大约90千兆字节的数据，标准模型的证据正在汇集起来。而且，顺便说一下，平均每25兆字节的数据就要1美元——这是一次“偷窃”！

大型强子对撞机会告诉我们什么？

大型强子对撞机在2013年初因计划升级而关闭。在其关闭期间，科学家和工程师们致力于更换用于引导粒子在碰撞过程中运动的磁铁，以及维持这些磁铁之间的超过10000个的电气连接点。为了使磁体保持超导状态所需的低温技术得到更新，束内的涂层也得到了更新。这种涂层可以防止电子从管道两侧被撕裂，从而干扰实验。

图解：大型强子对撞机细节图

最重要的是，粒子束现在更集中（即更窄），能量更高。在大型强子对撞机中产生的碰撞现在可以达到13TeV（即13万亿电子伏），几乎是其先前运行的8TeV极限的两倍。从这些数字的角度来看，由于我们大多数人不经常接触万亿电子伏的单位，前缀“万亿”意味着“13”后面跟着12个零。一个正常的可见光光子只携带1到3个电子伏特（后面没有零）。铀原子通过核裂变分裂产生200兆电子伏特（即200后面有6个零）。

这些更高的能量将开启探测粒子和测试物理理论的机会，这在升级之前是不可能的。

例如，尽管希格斯玻色子的探测为标准模型的难题解决提供了一个巨大的部分，但仍然存在着差距，或者说，我们知道的物理事实是，标准模型目前还不能解释。超对称理论是一个扩展，旨在填补标准模型中的一些空白，比如质量的来源。一些粒子物理学家已经提出，我们通过标准模型知道的所有粒子实际上都有称为“超对称粒子”的合作伙伴。如果它们存在的话，LHC的高能碰撞应该产生这些粒子。这样的探测将有力地证明超对称性确实为我们的宇宙提供了一个解释。

图解：在标准模型中的费米子有六种是夸克（以紫色表示），有六种是轻子（以绿色表示），除了费米子以外，还有四种规范玻色子（以红色表示），以及希格斯玻色子（以黄色表示）。

正如前一集所讨论的，暗物质构成了宇宙中的大部分物质，但我们仍然不确定它是由什么组成的。一种理论认为，这些迄今未被发现的超对称粒子可能会弥补丢失的物质。因此，他们对大型强子对撞机的探测可以为天体物理学的相关领域提供答案。

关于不同力如何相互作用的某些理论进一步预测了超对称粒子的存在，这些粒子不使用电磁力来感受彼此的存在。由于我们对日常环境的了解大多涉及电、磁、光，因此不以这种方式运行的电磁力被认为是“外来的”。在这一点上，这些粒子只是预测，因为不通过电磁力相互作用使它们更难被发现。然而，它们可能与希格斯玻色子相互作用。强化的LHC可能能够确定这些粒子是否存在，以及我们的粒子理论哪一个更有可能是正确的。

图解:在大型强子对撞机观测到的因质子碰撞而产生的希格斯玻色子候选事件：上方的紧凑渺子线圈实验展示出衰变为两个光子（黄虚线与绿实线）的事件，下方的超环面仪器实验展示衰变为四个μ子（红径迹）的事件。

更高的能量也将允许在碰撞中产生更多的反物质。物理学家发现，物质的每一个粒子都有一个匹配的反粒子，它们几乎完全相同，唯一的区别是它的电荷。当物质和反物质，如电子和正电子碰撞时，它们会湮灭，产生一股能量。物理学家无法解释的是，为什么宇宙中的物质比反物质多得多，而我们的理论告诉我们，它们应该在大爆炸期间产生等量的物质。研究更多的这些反物质粒子也许能找到答案。

与其他力量相比，重力实际上是一种相当弱的力量，尽管任何从楼梯上摔下来或从飞机上跳伞下来的人都可能不相信这一点。其实将我们身体中的原子结合在一起的力量才很强。一些物理学家认为，我们所经历的引力可能很弱，因为它实际上是分散在额外的维度上的。

图解：电影《地心引力》海报

图源：百度百科

在我们的维度中被熟知的相同的粒子，可能会在重力更强大的额外维度中以更重的形式存在。这些重粒子完全是理论上的，但由于升级后的大型强子对撞机的高能量，这些重粒子可以被揭示出来。所以把这一切因素综合在一起，LHC有能力揭示其他维度的存在！

图解：电影《星际穿越》中多维空间剧照

图源：百度百科

大型强子对撞机安全吗？

所以，有这么多关于外来粒子、反物质和额外维度的讨论，你可能会问，“大型强子对撞机的实验安全吗？答案是响亮的“是”，尽管这些潜在的发现似乎接近科幻小说。

甚至在27公里长的超导磁体环最初被打开之前，就有很多不准确的报道声称物理学家正在冒着地球命运的危险做实验。传闻说大型强子对撞机有能力制造黑洞。有许多物理原因使这一设想不可能实现，但最令人信服的让我们相信它是安全的证据是，我们仍然在这里。

图解：电影《星际穿越》中黑洞卡冈图雅剧照

图源：百度百科

在大型强子对撞机中产生的碰撞其实早已经在自然界中一次又一次地产生了。它们的自然发生正是大型强子对撞机的粒子物理学家对研究它们感兴趣的原因。通过在一个相对可控的环境中近距离观察它们，科学家们有望揭示我们宇宙中一些尚未解开的谜团，而这些谜团仍然是我们无法企及的。

有关大型强子对撞机工作原理的更多信息，请查看欧洲核子研究委员会（CERN）提供的事实和数据页。

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