欧洲大型强子对撞机到底撞出啥?为什么会是烧钱的无底洞?

观点 | 2019-05-22 13:38:46
时间:2019-05-22 13:38:46   /   来源: 刁博      /   点击数:()

对撞机是一种粒子加速器,可以将正反粒子加速到很高的能量然后让正反粒子迎头相撞。大型粒子对撞机是高能物理实验的最强有力设备,同时也被很多人视为烧钱的无底洞。不仅建造对撞机需要大量的资金,后期的使用及维护也要消耗大量资金,并且对更高能量的追求是粒子物理学家的不懈努力。

电子、质子的尺寸很小,目前实验测量到的它们直径的上限要小于十的负15次方米,要让这样小的粒子迎头相撞,必须将它们限制在很窄的范围内运动。目前世界最大对撞机欧洲大型强子对撞机LHC是设计成环形的,其周长达到了27千米,里面接近光速运动的正反质子流,宽度是在纳米(十的负9次方米)的数量级。仅凭这一点就可以感受到其需要有多么高超的技术,这背后当然也需要有资金去进行技术支撑。

环形对撞机的优势是可以通过改变磁场及电场的强度让粒子在固定的环内多次加速,磁场越强、环的半径越大就越能够将粒子加速到更高的能量。为了获得更强的磁场,需要将一些材料冷却到零下二百余摄氏度,以期用通电后的超导体产生强大的磁场。另外,对撞机的环内还需要保持高真空,还需要对海量的数据进行记录。等等严格要求使得对撞机是一个耗电大户,欧洲大型强子对撞机运行起来耗电功率能够达到200兆瓦。

更可怕的是,粒子物理学家对更高能量对撞机的追求似乎是没有止境的,他们不满足于欧洲大型强子对撞机的能量,还要建造周长达到100千米的超大型对撞机。这台对撞机若是真的建成了,后期维护及使用也是一笔巨大的开支。

对撞机对人类认识物质世界的基本组成发挥过关键的作用,在上帝粒子希格斯粒子被发现后,粒子物理的标准模型取得了巨大的成功。虽然关于希格斯粒子还有很多工作需要去做,不过和之前比起来,高能物理的确是遇到了瓶颈期。一些理论预言的存在与粒子相对应的超对称粒子,并且希望用对撞机发现这样的粒子。可事实上,在大型强子对撞机的实验中根本没有发现过超对称粒子存在的痕迹,几乎宣判了超对称粒子的死刑,这让支持超对称理论的物理学家甚是失望。至于还要不要建造超大型对撞机,支持和反对的还在争论着,我等保持观望即可。

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