意義:規(guī)模最大的科學計劃,將帶來重大物理學發(fā)現(xiàn)的一個新黃金時代 ;
目的:揭示宇宙起源,尋找上帝粒子希格斯玻色子;
工作原理:將高度活躍的質子以超快速度撞擊到一起,上演微縮版的“宇宙大爆炸” ;
地點:位于瑞士、法國邊境地下100米深的環(huán)形隧道中,隧道全長26.659公里 ;
耗資:超過60億美元,200多物理學家參與
京時間今天下午15:30分左右,歐洲核子研究中心將首批質子導入大型強子對撞機的環(huán)形隧道,正式啟動了這個世界上最大的粒子對撞機。
大爆炸實驗模擬動畫 在今天的加速測試中,這些質子束將以反時鐘方向運動,在測試成功的前提下,科學家可能將在一個月后注入另一道順時針方向運動的質子束,接著讓它們正面撞擊。
作為一項長期實驗的第一步,亞原子粒子束將被加速到接近光速而后發(fā)生對撞,撞擊會在一個微小空間產生短暫的達到太陽溫度10萬倍的高溫。分析師將密切關注整個撞擊過程,以尋找基本粒子。ATLAS(超環(huán)面儀器實驗的英文縮寫,以下簡稱ATLAS)發(fā)言人彼得·詹尼(Peter Jenni)說:“我們將進入物理學的全新領域。10日是一個非常重要的里程碑。”ATLAS是安裝在環(huán)形隧道上的4個巨大實驗室中的一個。附在環(huán)形隧道周圍的探測器將監(jiān)視撞擊過程。
在一項長達10小時的實驗中,粒子束的運行距離可能超過100億公里(60億英里),足以在地球與海王星之間做個往返。在達到最大強度時,每一個粒子束擁有的能量相當于一輛以每小時1600公里(1000英里)行進的汽車。大型強子對撞機將消耗120兆瓦特電量,相當于日內瓦所有家庭的用電量。
歐洲大型強子是世界最大的粒子加速器,它建于瑞士和法國邊境地區(qū)地下100米深處的環(huán)形隧道中,隧道全長26.659公里。隧道內將維持在-271℃的極低溫。這一溫度將會出現(xiàn)超導現(xiàn)象,使得粒子在管道中幾乎不受任何阻力,以至接近光速。對撞機從2003年開始建造,參與該項目的有來自80多個國家和地區(qū)的2000多名科學家和工程師,整個工程耗去54.6億美元。
科學家希望,能夠在對撞機前所未有的對撞能量幫助下,制造“迷你版”宇宙大爆炸之后的瞬間狀況,探秘“希格斯玻色子”(Higgs boson),“暗物質”,“暗能量”等其他未解之謎。希格斯玻色子以英國物理學家彼得·希格斯名字命名,他在44年前提出,希格斯玻色子是物質的質量之源以及電子和夸克等形成質量的基礎,這種粒子給其他粒子賦予了質量,但它一直未被發(fā)現(xiàn)。
對撞機的驚人數(shù)據(jù)
當質子以99.99%的光速行進時,大型強子對撞機使用磁鐵來掌駝這些質子。此磁鐵非常巨大,有許多重達好幾噸。而在此對撞機內大約有9,600塊磁鐵。這些磁鐵在實驗時將會被冷卻到零下271.25攝氏度,這比外太空還要冷得多。那么為何要將磁鐵冷卻到接近絕對零度這樣的低溫呢?因為在此低溫下,此磁鐵能在沒有任何電阻下工作。為此,大型強子對撞機采用10,800噸液氮來將這些磁鐵冷卻到零下193.2攝氏度,之后再用大約60噸液氦將它們冷卻到余下的溫度。
說到真空,質子束在大型強子對撞機中穿行的管道才算是“超高度真空”。之所以制造如此高度的真空是為了避免粒子在到達合適的撞擊點之前中途出現(xiàn)撞擊。即使單個分子的氣體也可能會導致這一實驗失敗。
科學家可以大型強子對撞機的6個區(qū)域進行實驗。每一個區(qū)域配備有顯微鏡和數(shù)碼相機,其中一些顯微鏡是巨大的。比如ATLAS實驗裝置長45米、高25米、重7,000噸。大型強子對撞機及其實驗裝置有大約1.5億個傳感器。這些傳感器將收集數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)發(fā)送給不同計算機系統(tǒng)。據(jù)歐洲核子研究組織介紹,實驗時所收集的數(shù)據(jù)量將達到每秒大約700兆字節(jié)(MB),這意味著一年能產生大約1500萬GB的數(shù)據(jù)。一百萬GB是1PB。如此多的數(shù)據(jù)將可以刻滿10萬張DVD。
實驗期間還需要大量的能量來運轉大型強子對撞機。歐洲核子研究組織估計其一年的耗電量將達到80萬兆瓦小時(MWh),這個數(shù)字可能更大,但此機器冬季將不會運行。根據(jù)目前的電價,其一年的電費開支將達到3千萬美元。