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主题:对网友华恩的问题回复 (大型强子对撞机) -- songcla

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家园 对网友华恩的问题回复 (大型强子对撞机)

呵呵,我转到这个版因为我想这里讨论更符合分类

华恩:见过近光速的粒子吗?有什么特异的行为?

比如说大小,速度,位置测不准之类的,在下十分好奇.

宋级(songclass):

近光速的有质量的粒子是没人敢去看的,只能哪仪器检测。现代的粒子加速器可以把粒子加速到光速的99%以上。这里的粒子包含基本粒子如电子和原子核。粒子如果会衰变的话,由于相对论时间变慢效应,衰变期会变长。同时粒子的有效质量会变大,同样的力施加上去的作用愈来愈小。所以速度不会超过光速。位置更容易准确测量,因为量子效应在大质量下变小。

推荐一下网址

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%A7%E5%9E%8B%E5%BC%B7%E5%AD%90%E5%B0%8D%E6%92%9E%E5%99%A8

这是一篇对人类的最强的加速器的介绍。(我部分转发兼评论一下,版主海涵啊)

大型强子对撞器(Large Hadron Collider,LHC)是一座位于瑞士日内瓦近郊欧洲核子研究组织CERN的粒子加速器与对撞机,作为国际高能物理学研究之用。(全球定位点: 北纬46度14分00秒,东经6度03分00秒) LHC目前仍在建造当中,预计2008年6月开始运作,到时将成为世界上最大的粒子加速器设施。

:我们的教授上次说已经开始调试了(感谢不是老陈指正)

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LHC的俯瞰图

LHC是一个国际合作的计划,由34国超过两千位物理学家所属的大学与实验室,所共同出资合作兴建的。

:美帝也嫌贵,不愿单独负担了

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探测器的分布

LHC包含了一个圆周为27公里的圆形隧道,因当地地形的缘故位于地下50至150公尺之间。[1] 这是先前大型电子正子加速器 (LEP)所使用隧道的再利用。隧道本身直径三公尺,位于同一平面上,并贯穿瑞士与法国边境,主要的部份大半位于法国。虽然隧道本身位于地底下,尚有许多地面设施如冷却压缩机,通风设备,控制电机设备,还有冷冻槽等等建构于其上。

:跨国工程

加速器信道中,主要是放置两个质子束管。加速管由超导磁铁所包覆,以液态氦来冷却。管中的质子是以相反的方向,环绕着整个环型加速器运行。除此之外,在四个实验碰撞点附近,另有安装其它的偏向磁铁及聚焦磁铁。

:磁铁很贵很耗电的

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加速管道

两个对撞加速管中的质子,各具有的能量为 7 TeV (兆 电子伏特),总撞击能量达 14 TeV。每个质子环绕整个储存环的时间为 89 微秒 (microsecond)。因为同步加速器的特性,加速管中的粒子是以粒子团(bunch)的形式,而非连续的粒子流。整个储存环将会有2800个粒子团,最短碰撞周期为 25 奈秒 (nanosecond)。在加速器开始运作的初期,将会以轨道中放入较少的粒子团的方式运作,碰撞周期为 75 奈秒,再逐步提升到设计目标。

:这样的粒子就是你要的

在粒子入射到主加速环之前,会先经过一系列加速设施,逐级提升能量。其中,由两个直线加速器所构成的质子同步加速器 (P Pb)将产生50 MeV的能量,接着质子同步推进器 (PSB)提升能量到1.4GeV。而质子同步加速环(PS)可达到26 GeV的能量。超级质子同步加速器 (SPS)可提升质子的能量到450 GeV。然后注入主加速器(LHC)。

:见图呵呵

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在LHC加速环的四个碰撞点,分别设有五个侦测器在碰撞点的地穴中。其中超环面仪器 (ATLAS)与紧凑渺子线圈 (CMS)是通用型的粒子侦测器。其它三个(LHC底夸克侦测器(LHCb), 大型离子对撞器(ALICE)以及全截面弹性散射侦测器(TOTEM)则是较小型的特殊目标侦测器。

:真正的技术含量在这些探测器里

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粒子探测器的横截面

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粒子探测器

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探测器的结构,注意照片中的人。

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另一个探测器

LHC也可以用来加速对撞 重离子,例如 铅(Pb)离子可加速到1150 TeV。

:可能对核物理有点推进作用吧

由于LHC有着对工程技术上极端的挑战,安全上的确保是极其重要的。当LHC开始运作时,磁铁中的总能量高达100亿焦耳(GJ),而粒子束中的总能量也高达725百万焦耳(MJ)。总粒子能量便可以使超导磁铁脱离超导态,而丢弃全部的加速粒子可相当于一个小型的爆炸。

:炸过了,呵呵

研究主题

物理学家希望藉由加速器对撞机来帮助他们解答下列的问题:

* 标准模型中所流行的造成基本粒子质量的希格斯机制是真实的吗?真是如此的话,希格斯粒子有多少种,质量又分别是多少呢? [2]

:探测不到么,呵呵...

* 当 重子 的质量被更精确的测量时,标准模型是否仍然成立的?

* 粒子是否有相对应的 超对称 (SUSY) 粒子存在?

* 为何 物质 与 反物质是不对称的?

* 有更高维度的空间 (Kaluza-Klein theory, extra dimensions) 存在吗?我们可以见到这启发弦论的现象吗?

* 宇宙有 96% 的质量是目前天文学上无法观测到的,这些到底是什么?

* 为何重力比起其它三个基本作用力(电磁力,强作用力,弱作用力)差了这么多个数量级?

:这些问题果然是粒子物理的发展核心

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粒子碰撞后的轨迹

重离子对撞机

虽然LHC的物理实验计划,着重于研究质子对撞后的现象。然而,短期的如每年一个月的重离子对撞也在实验计划之中。虽然其它较轻的离子对撞实验也是可行的,目前主要的规划为铅离子的对撞实验。[3]

:不太明白为啥选铅 :-(

经费支出

LHC的建造经费最初是1995年通过的一笔26亿瑞朗,另有一笔两亿一千万元瑞朗的经费作为实验之用。然而,经费超支。在2001年的一次主要审核预期,将需增加四亿八千万元瑞朗在加速器的建造,与五千万元瑞朗的支出在实验运作上。同时,由于CERN年度预算的缩减,LHC的完工日期由2005年延后到2007年四月,以使用更多年度预算来支付。[5] 其中增加的一亿八千万元瑞朗,在于超导磁铁的制造上。另外,尚有在兴建放置CMS的地下洞穴时,遭遇到工程技术上的困难。[6] 预期的建造总额约为八十亿元 美金。

:看起来很贵,但是比军费便宜多了。

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LHC计算机阵列的一小部分。整个阵列分布在全球

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主控室之一

LHC@Home 是一个 分布式计算 的计划,用来支持LHC兴建与校正之用。这个计划是使用 BOINC 平台,来仿真粒子如何在加速器隧道中运行。有了这项信息,科学家便可以决定如何放置磁铁与调整功率,来达到加速轨道运行的稳定。

:你也可以参加

安全考量

在美国 RHIC 开始实验之时,同时包含内部的研究者与其它外部的科学家,都有担心类似的实验可能会引发理论上的一些灾难,甚至摧毁地球或是整个宇宙:

* 创造出一个稳定的 黑洞[7]

* 创造出比一般物质更稳定的 奇异物质 (构成假说中的奇异星的物质) 吸收掉所有一般物质

* 创造出 磁单极 促成 质子衰变

* 造成 量子力学 真空态 的 相变 到另一个未知的相态 (详见 虚真空)

RHIC与CERN 都有进行了一些研究调查,检视是否有可能产生例如 微黑洞, 微小的奇异物质(奇异微子) 或是 磁单极 等危险的事件。[8] 这份报告认为 "我们找不到任何可以证实的危害" 例如,除非某个未经证实的理论是对的,否则是不可能产生出微小黑洞的。即使真的有微黑洞产生了,预期会透过霍金辐射的机制,很快就会蒸发消失,所以会是无害的。而认为即使像LHC这样高能量的加速器的安全性,最有力的论点在于一个简单的事实:宇宙射线的能量是比起LHC 来要高出非常多数量级的,太阳系星体从形成到现在这么多年下来,都不断地被宇宙射线轰击。既没有产生出微黑洞, 微小的奇异物质或是磁单极来,太阳、地球和月球也都没有因此而被摧毁。

然而,仍有一些人还是对LHC的安全性有疑虑:像是这一个有着许多新的,未经测试过的实验,是没有办法完全保证说上述的情况不会发生。 John Nelson 在 伯明翰大学 谈到 RHIC 说 "这是非常不可能会有危害的 - 但是我无法百分之百保证。"[9] 另外在学术界,对于霍金辐射是否是正确的,也是有一些疑问。[10]

RHIC 自2000年运作到现在,都没有有产生可以摧毁地球的物质的迹象。

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计算机阵列的全球分布,蓝线是主干网连接


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家园 献花+沙发,呵呵。
家园 板凳

花上

家园 贴几个中国的

北京的那个

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应该是90年代的照片,现在的应该升过级了。

家园 还没有开始运行

加速器可能8月份开始。探测器取决于加速器什么时候能够完全调试成功,对撞或许在10月份。

家园 我的说法不严谨 (送花)

是开始调试了,没有正式采集数据。

家园 贴一个美国的

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是费米实验室的。

家园 图大害死人啊

这几天上来忽然变得困难了,你这个大图压死人啊

TorProxy基本没戏,连域名都找不到(看国内几个技术坛子的人也有同类反应,看来是isp的关系)

GAPPproxy必须要有很好的速度,否则也是断流

28winning、自由门速度不错,可就是没法点上下页

后花园、世界更讨厌,速度太不稳定了

家园 抱歉,我已经做出修改了
家园 谢谢
家园 怎么还有台湾的份?

台湾这方面很强吗??

家园 台湾肯投钱吧
家园 这个大家都可以参加的

他们主要参加了网格计算的合作,也做些物理分析。

家园 这么说,星际战士们可以用gps定位逆

由于相对论时间变慢效应,衰变期会变长。同时粒子的有效质量会变大,同样的力施加上去的作用愈来愈小。所以速度不会超过光速。位置更容易准确测量,因为量子效应在大质量下变小。

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