大型强子对撞机(LHC)是现代粒子物理学的一个奇迹,它使研究人员能够探索现实的深处。它的起源可以追溯到1977年,当约翰·亚当斯先生的前主任欧洲核研究组织(CERN),建议建立一个地下隧道,可以容纳一个粒子加速器能够达到相当高的能量,根据2015年历史的论文物理学家托马斯Schorner-Sadenius。
20年后,也就是1997年,这个项目得到了官方的批准,一条长16.5英里(27公里)的环线开始建设,这条环线从法国和瑞士的边界下方穿过,能够将粒子加速到光速的99.99%,并将它们粉碎在一起。在环形内,9300个磁铁以每秒11245次的速度将两个相反方向的带电粒子引导到一起,最终形成正面碰撞。该设备每秒可产生约6亿次碰撞,释放出惊人的能量,每隔一段时间就会产生一种从未见过的奇特重粒子。大型强子对撞机的能量是之前保持纪录的粒子加速器——美国费米实验室退役的Tevatron——的6.5倍
建造大型强子对撞机总共花费了80亿美元,其中5.31亿美元来自美国。来自60个不同国家的8000多名科学家参与了这项实验。2008年9月10日,加速器第一次启动了它的光束,粒子碰撞的强度只有最初设计强度的千万分之一。
在它开始运作之前,一些人担心新的原子加速器会摧毁地球,也许会创造一个吞噬一切的黑洞。但是任何著名的物理学家都会说这种担心是没有根据的。
“大型强子对撞机是安全的,任何关于它可能带来风险的说法都是子虚乌有的,”欧洲核子研究中心主任罗伯特·艾马尔过去告诉《生活科学》。
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开创性的研究
在过去的10年里,大型强子对撞机(LHC)为了两个主要的实验——ATLAS和CMS——把原子撞在一起,分别操作和分析它们的数据。这样做是为了确保两种合作都不会影响到对方,并确保双方都能对自己的姐妹实验进行检查。这些仪器已经产生了2000多篇关于基本粒子物理学许多领域的科学论文。
2012年7月4日,当大型强子对撞机(LHC)的研究人员宣布发现希格斯玻色子(Higgs boson)时,科学界屏息以待。标准模型试图解释所有已知的粒子和力(除了重力)及其相互作用。1964年,英国物理学家彼得·希格斯(Peter Higgs)写了一篇关于现在以他的名字命名的粒子的论文,198娱乐代理前天跟我说可以按量升点,我以为忽悠人的
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希格斯介子实际上是一个渗透所有空间的场,并拖曳通过它的每一个粒子。一些粒子在磁场中缓慢移动,198彩票平台开了几年,
198彩带玩团队如何登陆,这与它们较大的质量相一致。希格斯玻色子是这个领域的一种表现形式,物理学家们已经追逐了半个世纪。大型强子对撞机的建造就是为了最终捕获这个难以捉摸的猎物。彼得·希格斯和比利时理论物理学家弗朗索瓦·恩格勒特(Francois Englert)最终发现希格斯粒子的质量是质子的125倍,并因为预测了它的存在而获得了2013年的诺贝尔奖。
即使有希格斯粒子在手,物理学家也不能休息,因为标准模型仍然有一些漏洞。首先,它不涉及引力,这是爱因斯坦的相对论所涵盖的大部分内容。它也没有解释为什么宇宙是由物质而不是反物质构成的,反物质在宇宙形成之初的数量应该大致相等。它对暗物质和暗能量完全保持沉默,而这些在它刚被创造出来的时候还没有被发现。
在大型强子对撞机启动之前,许多研究人员可能已经说过,下一个伟大的理论是一种被称为超对称性的理论,它为所有已知的粒子增加了相似但质量大得多的孪生伙伴。这些重粒子中的一个或多个可能是构成暗物质的粒子的完美候选。超对称性开始控制重力,解释了为什么它比其他三种基本力弱得多。在希格斯玻色子被发现之前,一些科学家曾希望玻色子最终会与标准模型预测的结果略有不同,这暗示了新的物理学。
但是当希格斯粒子出现的时候,它是非常正常的,恰好在标准模型预测的质量范围内。虽然这对于标准模型来说是一个伟大的成就,但它却让物理学家们找不到任何好的线索。一些人开始谈论“失去的几十年”,他们在寻找那些在纸面上听起来不错,但似乎与实际观察不符的理论。许多人希望大型强子对撞机的下一次数据采集将有助于清理一些混乱。
LHC于2018年12月关闭,进行为期两年的升级和维修。当它重新启动时,它将能够以每秒钟两倍的碰撞次数,以略微增加的能量粉碎原子。它会找到什么是任何人的猜测。人们已经在讨论用一个更强大的粒子加速器来取代它,它位于LHC四倍大小的同一区域。这个巨大的替换工程可能需要20年和270亿美元才能建成。