[圖文]世界最大對撞機將至少運行20年 | 陽光歷史

 

A-A+

[圖文]世界最大對撞機將至少運行20年

2015年09月07日 科學探秘-長篇 暫無評論 閱讀 75 次

世界最大對撞機將至少運行20年(圖)
大型強子對撞機位於地下深處的27公里環形隧道內。


  大型強子對撞機逐步加速和對撞的過程極其複雜,數據處理如同在麥田里挑出一根針


  國際先驅導報記者楊京德發自日內瓦 2008年9月10日注定將成為物理學研究的重要里程碑。


  當地時間9時30分(北京時間15時30分)左右,歐洲核子研究中心正式啟動了舉世矚目的大型強子對撞實驗,將第一束質子束流注入對撞機。55分鐘後,當第一束質子束流貫穿整個大型強子對撞機時,現場科研人員一片歡呼。又過了5個小時左右,第二束質子束流貫穿大型強子對撞機。


  大型強子對撞機不僅是世界最大的粒子加速器,同時也是世界最大的機器,它位於瑞士、法國邊境地區的地下100米深的環形隧道中,隧道全長27公里。


  該項目負責人林恩·埃萬斯表示:「下一步要讓兩束束流同時相向平行運行,然後對束流逐步加速,最後在高能量上進行對撞。」


  探秘希格斯玻色子


  大型強子對撞機啟動是來自80多個國家和地區的約7000名科學家和工程師10多年奮鬥取得的成果。中國近10所科研院所和高校的科研人員參加了對撞機上所有4個大型實驗的大型探測器的建造。科學家希望,能夠在對撞機前所未有的對撞能量幫助下,探秘「希格斯玻色子」和其他未解之謎。


  希格斯玻色子44年前由英國物理學家彼得·希格斯預言,視之為物質的質量之源以及電子和夸克等形成質量的基礎。希格斯提出,其他粒子在希格斯玻色子構成的「海洋」中遊弋,受它的作用產生慣性,最終有了質量。


  在粒子物理學標準模型所預言的62種基本粒子中,只有希格斯玻色子迄今仍未「顯形」。


  另外,科學家期望借力對撞機研究「超對稱理論」和宇宙大爆炸等內容。歐洲核子研究中心主管羅伯特·艾馬說,他相信科學家將借助於這一機器獲得重大突破性發現。


  負責人不知後續時間

  不過,大型強子對撞機逐步加速和對撞的過程極其複雜,埃萬斯直言:「對今後的工作,要有耐心。」整個對撞機有9000多塊磁鐵,經過對這些磁鐵修改參數並進行微調,才能保持束流運行在設計軌道上。兩束束流運行穩定後,還要經過更複雜細緻的同步聯調,才能嘗試和保證兩束束流在正確的時刻和地點實現對撞。


  歐洲核子研究中心從大型對撞機啟動到對撞雖有初步計畫,但沒有確切時間表,因為必須根據進展中出現的情況隨時調整。用埃萬斯的話說,他都不知道後續工作的確切時間,因為情況隨時都可能變化。不過,對於今年底之前實現5萬億電子伏特束流的對撞目標,他表示有信心。


  數據處理如麥田尋針


  參與大型強子對撞機上CMS探測器建設的北京大學教授錢思進在日內瓦告訴《國際先驅導報》,大型強子對撞機一旦開始對撞,數據量極大,處理這些數據也需要很長時間。錢教授指出,如果將產生的數據刻成光碟,幾天的數據量就可使光碟堆至數千米高。歐洲核子中心的5000多台最先進電腦只能處理其中的很小一部分,完成整個過程需要幾萬甚至幾十萬台計算機參與才行。


  錢教授表示,數據分析包括在線分析和離線分析。在線分析如同在傾盆大雨中,以最快速度發現並挑出一滴紅色雨點,存起來加以分析,如果不能及時抓住,紅色雨點將永遠消失在地面,沒有任何找回的可能。而離線分析如同從草場或農田收割後的上百萬個大草捆中挑出一根針,也就是從數萬億次對撞事例中挑出有用的稀有信號(如希格斯玻色子)。


  這項工程的難度不亞於大型強子對撞機及其大型探測器的硬體建設。分析對撞數據的計算機程序需要多年開發、反覆測試。數據分析也要成百上千的科技人員參與。


  目前,整個工程只是剛剛開始。大型強子對撞機預計運行至少20年或更長,今後的實驗和分析任務依然非常艱巨,更多、更好的成果將在長期運行和提高完善中獲取和顯現出來,短期內取得成果是不現實的。


  【鏈接】「世界末日」危言聳聽


  科學家計畫利用強子對撞機開展一系列實驗,模擬宇宙大爆炸發生時的狀態探索宇宙起源之謎。但有人指責對撞實驗可能產生黑洞而「毀滅地球」。而這種危言聳聽的說法,竟直接導致一名印度少女因懼怕而自殺。


  印度警方說,這名來自中央邦的16歲少女查雅,10日喝下農藥後被緊急送往醫院接受救治,但最終喪命。女孩的父親比哈里拉爾說:「查雅過去兩天一直問我和其他親人有關9月10日世界末日來臨的事情……」


  印度不少新聞頻道過去兩天一直播放討論歐洲強子對撞機實驗以及世界末日預言的節目。


  歐洲核子研究中心的科學家說,實驗是安全的,大型強子對撞機即便真的能造出黑洞,也只是個超級「迷你」、「短命」的黑洞,根本不會對地球造成任何影響。


  【鏈接】世界最大冷卻系統


  大型強子對撞機的建造已歷時十幾年,難度很大,僅啟動前的準備工作就非常繁多。據北京大學教授錢思進介紹,啟動前主要是完成超導磁鐵的冷卻和質子束流的預加速,其中的最大難題,是將位於地下100米的27公里隧道中的數千塊組成對撞機的大型超導磁鐵冷卻到零下271攝氏度。整個隧道分成等長的8段逐一冷卻、通電並進行束流通過實驗,每段冷卻需要至少三四個星期,冷卻後若在實驗中出現任何問題又要升到室溫排除故障,升溫也需若干星期,一冷一熱就要兩三個月。儘管艱難,經過不懈努力,所有磁鐵最終於今年7月全部冷卻成功。因此,大型強子對撞機可以說是世界上最大的冷卻系統,共加注了1萬噸液氮和130噸液氦,其中液氦用量達世界年產量的約1%。


標籤:



給我留言