第54章 粒子對撞機-《王者星際爭霸》
把質子之類的粒子引入到一根真空管中,通過磁鐵來引導它們穿過整個管子,同時把它們推得越來越快。當他們的速度足夠快時,在他們的軌跡上放一些東西,然后就會爆炸。
(氣泡室是一種早期的粒子探測器,在氣泡室中,不同能量的粒子能夠穿透的深度和軌跡不同。)
仔細觀察撞擊點,你會發(fā)現(xiàn)粒子留下的痕跡非常小。質子和其他亞原子粒子,在宇宙大爆炸的影響下瞬間暴露在各種力和溫度之下。
爆炸形成了一組奇異的元素:正電子、反質子、粒子、陶斯、有魅力又不同尋常的夸克,當然還有玻色子。這些物質作為其他物質的組成成分,環(huán)環(huán)相套。。。你懂得。
在早期,這一通道是直線式的,并且這些線性加速器中的粒子會產生類似于金屬薄片一般的影響。但粒子的速度越快,碰撞產生的能量就越高。
結果說明,為了使粒子達到進行某種實驗所需的相對速度,需要一根比地球周長更長的管子。
或許,同光速競賽是錯誤的。更好的方式是建立一個軌道,粒子可以在其上轉圈,并且始終在金屬上設置一個踏板:這就是一個環(huán)狀的。
但接下來是最精彩的部分。有了一個線性加速器,你所能期望的最好結果是:一個粒子以光速撞擊某物的主題部分,這樣的速度對于大體積物體來說是無法達到的。
但通過巧妙匯成這個環(huán),你可以得到順時針和逆時針兩種粒子流。不要在道路上設置障礙,你只需要引導他們相互靠近,就像在環(huán)形路上設置兩條方向相反的車道。
結果:一種以光速的99%運動的粒子向“西”行駛。
擊中了另一個向“東”以光速99%運動的粒子——這樣一來就得到了相當于兩倍光速的迎面撞擊。現(xiàn)在,有一些你在自然界中不經常看到的東西。
圍繞質子的環(huán)
這些環(huán)中最大的是大型強子對撞機。
它已經被建造了30多年,橫跨法國和瑞士的邊境,長達27公里。真空填充的環(huán)(如果有什么東西可以被填滿的話)被冷卻到高于絕對零度2度的溫度。
用一瓶非常少量的純氫將質子注入到環(huán)中,這些質子被數(shù)千個超導電磁力控制在其軌道上。
這個環(huán)的每一段都包含一個頻率為400兆赫茲的射頻輻射場,輻射場在粒子進入圓環(huán)時推動他們,并在之后轉換方向,以推動反向前行的粒子,這樣這些粒子就能達到99.9999991%的光速。
環(huán)繞著這個圓環(huán)的是大小類似于房屋的拱形探測器,上面排列著數(shù)百萬種令人無法理解的精密儀器,它們可以探測到單個亞原子粒子。
雖然有成千上萬的質子束,而且每一束都可能有一千億個質子,而且它們被擠進了只有人類毛發(fā)一半的寬度,但實際上這些粒子非常小,碰撞的幾率非常低——
可能是每錯過5億次才會產生一次碰撞。但由于它們在環(huán)上移動得如此之快(它們每秒圈數(shù)超過1.1萬次),而且它們的數(shù)量如此之多,以至于當光束排列在一起時,平均每秒鐘就會有大約十億次粒子碰撞。
絕大多數(shù)的碰撞產生的粒子都是物理學家已知的,但是每個粒子都有機會產生像希格格(Higgs)這樣的稀有粒子,這種粒子和許多粒子一樣。
不是被直接觀測到的,而是通過根據(jù)其他一些理論上由其衰變產生的稀有粒子而間接推斷出來的。
質子碰撞的力越大,它們產生特定高能粒子的可能性就越大。
環(huán)越大,磁鐵和加速的輻射越強,質子就能獲得更多的力。
這就是為什么大型強子對撞機最終可能會被降級為升級到更大型的機器之路上的一個階段,這個機器大約有100公里長。
就像科學研究中經常發(fā)生的那樣,我們學得越多,就感覺自己所知甚少。
向內探究,對我們的世界是如何統(tǒng)一這一議題最深入的探索似乎沒有盡頭——
(本章完)
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