[圖文]大型強子對撞機成功導入兩束粒子束
大型強子對撞機位於法國-瑞士邊境地下一條27公里長的環形隧道內
據英國廣播公司(BBC)網站報道,本月23日和25日,歐洲大型強子對撞機工程師們成功將兩束粒子束導入對撞機之中。
大型強子對撞機項目一位發言人說,此次試驗是自2008年9月份大型強子對撞機關閉以來首次成功導入粒子束。從事該項目研究的科學家認為,成功導入粒子束在大型強子對撞機項目上具有「里程碑」意義。
歐洲大型強子對撞機是世界上最大的粒子加速器,也是世界上有史以來功率最大的物理學機器。歐洲大型強子對撞機位於瑞士、法國邊境地區的地下100米深的環形隧道中,隧道全長為26.659公里,建設耗資超過60億美元,全球數百名科學家參與到了這個項目中來。強子對撞的原理是將強子加速到光速,然後引導它們撞到一起,繼而觀察在那麼快的速度撞擊下會發生什麼奇異的現象。比如:小範圍的黑洞,發現新的微粒子等。科學家們希望借助這台世界最大、能量最高的粒子加速器揭開「大爆炸」和宇宙起源的奧秘。
然而,世人矚目的對撞實驗卻是「好事多磨」。2008年9月10日對撞機啟動當天,就遭遇「黑客"入侵。一群自稱「希臘安全團隊」的黑客攻破了歐洲核子研究中心旗下的網站cmsmon.cern.ch,留下了包含「別惹我們」等字句在內的大量留言。他們還侵入了對撞機「緊湊介子線圈探測器」的電子計算機系統,在系統中插入6個文件,並損壞了原系統的1個文件。據悉,黑客這次入侵距離這個探測器的計算機控制系統僅「一步之遙」。
2008年9月17日又出現電力故障,對撞機因冷卻系統一台30噸重的變壓器發生故障而被中止運行,工程人員18日更換了變壓器,才令對撞機重新啟動。
2008年9月19日,對撞機又發生液態氮洩漏事件,1公噸液態氮滲入隧道,對撞機被迫關閉。歐洲核子研究中心調查顯示,氦洩漏故障極可能因為兩塊磁鐵之間的電連接部件出現故障而引起的。液態氦洩露事故發生後,對撞機需要升溫至零攝氏度以接受維修。去年9月份以來,工程師一直進行維修,氮洩漏導致的「熄火」故障問題使強子對撞機一直「冬眠」至今。
最近,強子對撞機的所有8個組成部分已被冷卻到1.9開氏溫度(零下271攝氏度,零下456華氏度)這一操作溫度,低於外太空溫度。
10月23日和25日,質子束和鉛離子束被導入對撞機的環形管道內,並成功按照順時針和逆時針方向穿過其兩個部分。每個部分約有3.5公里長。
科學家計畫於11月份讓一束質子束繞對撞機環形隧道運行。極端的低溫使強子對撞機內的磁鐵具有超導性,能夠讓電流通過時遭遇的阻力降為零,進而將能量損失降至最低。
強子對撞機硬體試驗部副部長吉安路易吉-阿杜伊尼說,粒子束試驗表明對撞機運作正常。「試驗正在按部就班地進行,」他說:「磁鐵要與高速粒子束同步並使其在多個加速器中不斷加速,最後到達大型強子對撞機,而對撞機也要同步接收粒子束。整個過程要在一百皮秒內完成,而1皮秒相當於百萬分之一秒的百萬分之一。」
粒子束是在4500億伏特的電壓下導入的,而這僅是科學家進行粒子束碰撞試驗所需能量的一小部分。兩個粒子束將被轟入管道並穿過磁鐵。在環形隧道內,質子束將以接近光速的速度以相反方向飛行。
阿杜伊尼先生說:「粒子束運行的目標之一是要加速至3.5兆瓦。不過這將分段完成。首先加速到1兆瓦、然後是3.5兆瓦……從2011年開始我們將努力加速到7兆瓦。」
在環形隧道周圍的指定位置,高能質子束相遇並發生碰撞。科學家希望在撞擊產生的碎片中發現新的粒子,以便從根本上加深對「大爆炸」和宇宙本質的瞭解。