「強子對撞」 模擬宇宙大爆炸

LHC:大型強子對撞器

Google doodle介紹:大型強子對撞器Large Hadron Collider

大型強子對撞器(Large Hadron Collider,LHC)是一座位於瑞士日內瓦近郊歐洲核子研究組織CERN的粒子加速器與對撞機,作為國際高能物理學研究之用。(全球定位點: [顯示該地在地圖上的位置] 北緯46度14分00秒,東經6度03分00秒46.2333333333;6.05) LHC已經建造完成,2008年9月10日開始運作,到時將成為世界上最大的粒子加速器設施。LHC是一個國際合作的計劃,由85國超過八千位物理學家所屬的大學與實驗室,所共同出資合作興建的。

LHC包含了一個圓周為27公里的圓形隧道,因當地地形的緣故位於地下50至150公尺之間。[1] 這是先前大型電子正子加速器 (LEP)所使用隧道的再利用。隧道本身直徑三公尺,位於同一平面上,並貫穿瑞士與法國邊境,主要的部份大半位於法國。雖然隧道本身位於地底下,尚有許多地面設施如冷卻壓縮機,通風設備,控制電機設備,還有冷凍槽等等建構於其上。

加速器通道中,主要是放置兩個質子束管。加速管由超導磁鐵所包覆,以液態氦來冷卻。管中的質子是以相反的方向,環繞著整個環型加速器運行。除此之外,在四個實驗碰撞點附近,另有安裝其他的偏向磁鐵及聚焦磁鐵。

兩個對撞加速管中的質子,各具有的能量為 7 TeV (萬億電子伏特),總撞擊能量達 14 TeV之譜。每個質子環繞整個儲存環的時間為 89 微秒 (microsecond)。因為同步加速器的特性,加速管中的粒子是以粒子團(bunch)的形式,而非連續的粒子流。整個儲存環將會有2800個粒子團,最短碰撞週期為 25 奈秒 (nanosecond)。在加速器開始運作的初期,將會以軌道中放入較少的粒子團的方式運作,碰撞週期為 75 奈秒,再逐步提升到設計目標。

在粒子入射到主加速環之前,會先經過一系列加速設施,逐級提升能量。其中,由兩個直線加速器所構成的質子同步加速器 (PS)將產生50 MeV的能量,接著質子同步推進器 (PSB)提升能量到1.4GeV。而質子同步加速環可達到26 GeV的能量。低能量入射環(LEIR)為一離子儲存與冷卻的裝置。反物質減速器 (AD)可以將3.57 GeV的反質子,減速到2 GeV。最後超級質子同步加速器 (SPS)可提升質子的能量到450 GeV。

在LHC加速環的四個碰撞點,分別設有五個偵測器在碰撞點的地穴中。其中超環面儀器 (ATLAS)與緊湊渺子線圈 (CMS)是通用型的粒子偵測器。其他三個(LHC底夸克偵測器(LHCb), 大型離子對撞器(ALICE)以及全截面彈性散射偵測器(TOTEM)則是較小型的特殊目標偵測器。

LHC也可以用來加速對撞 重離子,例如 鉛(Pb)離子可加速到1150 TeV。

由於LHC有著對工程技術上極端的挑戰,安全上的確保是極其重要的。當LHC開始運作時,磁鐵中的總能量高達100億焦耳(GJ),而粒子束中的總能量也高達725百萬焦耳(MJ)。只需要10−7總粒子能量便可以使超導磁鐵脫離超導態,而丟棄全部的加速粒子可相當於一個小型的爆炸。

CERN大強子對撞機現場直播,今天三點開始:http://webcast.cern.ch/

民視 (2008-09-09 20:55)
號稱人類史上最大的科學實驗,10日將在瑞士日內瓦展開,來自全球85國、包括台灣在內,大約1萬名科學家和工程師,將啟動大型強子對撞器,來模擬宇宙誕生的情況,不過也有少數科學家極力反對,認為這項實驗將會毀滅地球。為了揭開宇宙神祕的面紗,人類史上最大的科學實驗,花費14年時間、耗資約合台幣 2487億元,目的就是要讓、宇宙大爆炸後十億分之一秒的景象,再次重演,這就是所謂的大型強子對撞器,主持實驗的歐洲核子研究組織,也叫它大爆炸機。

研究人員將會從長達27公里的地下軌道兩端,以接近光速的速度,釋放出兩道質子流,讓它們互相對撞,模擬出宇宙大爆炸之後的那一瞬間,軌道內部的大量偵測器,將會把爆炸所釋放的粒子,加以記錄。

而科學家最希望看到的,就是目前為止只存在理論中的所謂希格斯粒子,又叫做上帝粒子,科學家相信這種粒子讓物質擁有質量,進一步形成宇宙萬物,不過這項實驗也引起部份人士反對。

有少數科學家認為,這場人工大爆炸,將會製造出一個小型黑洞,從內部將地球完全吞噬,不過研究單位表示,實驗的能量太小,不可能導致地球末日,另外,也有人質疑,接近天文數字的實驗成本,真的有必要嗎?

為了滿足人類無窮的好奇心,就算投入再多的資本、時間和心力,科學界也得破解宇宙起源的奧祕。(民視新聞李漢威綜合報導)



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