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[圖文]萬億電子伏特加速器(Tevatron)結束使命

2016年02月10日 科學探秘-短篇 暫無評論 閱讀 153 次

美國國家費米實驗室的旗艦標誌:萬億電子伏特加速器(Tevatron)按時關閉。該圓形狀的超級加速器位於美國伊利諾伊州巴達維亞,包含著另外兩個主要的探測器,即CDF探測器和D0探測器。前者是將質子和反質子發生對撞的產生進行研究,後者則是研究質子與反質子在高能態時的相互作用機制。美國國家費米實驗室主任皮埃爾奧多內(Pierre Oddone)最為參與了這兩項重要的探索實驗項目的物理學家之一,在加速器被關閉時認為,科學家們希望通過瞭解宇宙的基本粒子,而加速器雖然在一些方面需要維護,但是它還是許多方面還可以使用。





萬億電子伏特加速器(Tevatron)的關閉,被認為是一個不適當的時刻,加速器研究中心的研究人員都在發揮著各自的作用,比如CDF探測器和D0探測器,都是粒子物理學研究上的重要工具。幸運的是,這並不意味著費米實驗室失去了全部的功能,該實驗室目前正在著手準備驗證歐洲核子研究中心發現的中微子超光速實驗的結論,費米實驗室將開啟(主注入式)中微子振蕩搜尋(MINOS)實驗計畫。


在費米實驗室萬億電子伏特加速器最後的瞬間,主任皮埃爾奧多內(Oddone)、和其他過去在費米實驗室工作的任務主管,包括萊昂萊德曼(Leon Lederman),約翰皮普爾斯(John Peeples)以及邁克爾威瑟雷爾(Michael Witherell),一起等待著最後一刻的到來。接著他們推動兩個按鈕(紅色和綠色),而海倫T愛德華茲(Helen T.Edwards)則是少數幾個在實驗室工作的女性之一,而且正是在她的努力下,萬億電子伏特加速器才正是設計和建造起來。


然後,按下按鈕之後,我們都在看著電腦顯示屏上的紅線,該信號反映著對撞機是否已經歸零。接著,海倫T愛德華茲推動綠色的按鈕,關閉了對撞機的高壓電流,該設備室為對撞機提供超導磁體,而唯一不同的是,這次操作是沒有任何研究性質。最後,看著對撞機顯示一切慢慢地歸零,這時,加速器運算部門的負責人鮑勃茂(Bob Mau)開起來玩笑:「我猜對撞機也不想輕易放棄」。

就這樣,從1983年開始,存在了28年的費米實驗室萬億電子伏特加速器結束了歷史使命。在這28年內,粒子物理學取得了突破性的成就,其中就包括陶中微子和頂夸克的發現。而對撞機切掉電源之後,並不意味著就這麼結束了,科學家們還要「清理」對撞機內部的東西,比如剩餘粒子要吸收處理掉,超導磁體要慢慢恢復到室溫,這個過程估計需要在未來的幾個星期之內完成,接著,研究人員還要拆除用於對撞機實驗的液體和各種氣體材料。


對於那些一直在費米實驗室工作的研究人員,例如CDF探測器的科學家本奇米斯特(Ben Kilminster)認為:他們認為這個超級對撞機是個了不起的傢伙,就像一個「智慧生物」一樣能看到微觀的量子世界,自從對撞機在1985年首次運行以來,他和他的研究團隊伴隨著對撞機一直到關閉的那一刻。因而,不論是實驗室的研究人員還是其他的普通觀眾,這時候的心情是沉重的。


現在,費米實驗室的主要工作進入一個被實驗室主任皮埃爾奧多內稱為「強度前沿」的新探索模式,將盡可能多的粒子賦予光束之中,以進行高精度的測量,探索自然界中非常罕見的物理過程。未來的試點工作還將側重於對中微子的研究上,此外還有宇宙射線、μ介子和K介子、暗物質和暗能量,這些都是宇宙學以及粒子物理學方面前沿的研究項目,在對於如何使用清潔核能以及處理核廢料的剝離技術上也會進行探索。歷史規律證實世界上所有當時最好的粒子加速器都會最終讓步於更大、功能更強大的加速器,目前世界上最強大的粒子加速器屬於歐洲核子研究中心的大型強子對撞機。


但是,這或者在某種程度上使得美國的粒子物理學家感到不適應,因為在美國粒子物理學家的意識中,超級對撞機的總部應該都設在美國,而這次卻反了過來。雖然美國還擁有著最先進的物理研究,但是已經在很大程度上將粒子物理學研究在世界上的領導地位割讓給了歐洲。這個局面使得美國費米國家實驗室第一任主任羅伯特拉斯伯恩威爾遜(Robert Rathburn Wilson)感到很傷心,當初興建這個加速器的時候,就是確保美國的粒子物理學研究處於世界領先地位和前沿水平。


而在費米實驗室萬億電子伏特加速器建造之前,也就是1978年的時候,威爾遜曾經抗議削減實驗室的經費。該對撞機作為一個推動物理學研究領域的前沿倡導者,早在1969年,國會原子能聯合委員會在華盛頓召開,聽取了科學家關於建設費米實驗室的報告。而當時的參議員約翰帕斯托雷(John Pastore)質疑加速器的作用,認為其並不能服務於國防建設。而威爾遜認為:加速器根本的目的就是研究物理學上的奧秘,此外還能讓我們的世界變得更美好,比如處理核廢料的剝離技術。


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