生存还是毁灭

生存还是毁灭 坐落于瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心(又名欧洲粒 子物理实验室)，横跨法国和瑞士的边境。大型强子对撞机是 世界上最大、能量最高的粒子加速器，是一种将质子加速对 撞的高能物理设备， 英文名称为 LHC(Large Hadron Collider)。 它是一个圆形加速器，深埋于地下 100 米，它的环状隧道有 27 公里长， 因此走完全程要花 4 个多小时。 你可以将百慕大、 摩纳哥和 4 个梵蒂冈塞进它所占的区域内。2008 年 09 月 10 日大型强子对撞机正式投入使用，以下是有关这个巨无霸的 简单介绍： 它有什么用途? 加深人类对宇宙的了解。 比如： 宇宙的起源是什么?获得 新发现的科学家将带头研发相关的实际应用，这就是为何数 百名科学家和工程师建造此对撞机的原因。 它为什么这么大? 事实上，你应该问为什么它这么小，答案是为了节省成 本。物理学家们没有开凿一条昂贵的新隧道来容纳新的对撞 机，而是决定拆掉原来安置在欧洲原子核研究中心的正负电 子加速器， 代之以建造大型强子对撞机所需要的 5 万吨设备。 当两个质子束在环形隧道中沿着反方向运动的时候，强大的 电场使它们的能量急剧增加，这些粒子每运行一圈，就会获 得更多的能量。要保持如此高能量的质子束继续运行需要非 常强大的磁场，这么强的磁场是由冷却到接近绝对零度的超 导电磁体产生的。 谁在为它工作? 来自大约 80 个国家的 600 名科学家和工程师，其中包 括 20 余名中国科学家。 成本 大约 25 亿美元。 对撞机工作过程 启动后，大型强子对撞机将会以近光速的速度投放出质 子与离子束，并将让此粒子束彼此撞击，之后记录此撞击所 发生的结果。 对撞机工作原理 简单地说，你沿着 2 条路径发出 2 束粒子，一束顺时针 方向前进，另一束逆时针方向前进。你将这两束粒子加速至 近光速，之后让它们相向前进，看看会发生什么。 首先科学家剥去氢原子的电子以生产出质子来，之后这 些质子进入 LINAC2，将质子束射向此加速器的机器叫“Ps Booster” 。这些机器利用叫“射频空腔”的装置来加速这些 质子，这些空腔包含有射频电场，能将质子束提高到更快的 速度。巨大磁铁产生的磁场可以维持质子束在轨道中正常行 进。以汽车术语来说，此射频空腔相当于加速器。而磁铁相 当于方向盘。 一旦质子束到达适当的能量水平，“PS Booster”就会将 它导入另一个加速器叫“超级质子同步(SPS)” ，让质子继续 加速前进。至此，此质子束已经被分成了 2，808 束。每一 束含有 1.1x1011 个质子。 之后， “超级质子同步(SPS)锵质子束导入大型强子对撞 机，其中一束顺时针方向前进，另一束逆时针方向前进。在 大型强子对撞机里，质子束将继续加速前进，大约 20 分钟 达到顶峰速度。在此顶峰速度下，此质子束将每秒绕行大型 强子对撞机 11，245 周。 这两柬质子将会在大型强子对撞机沿途 6 个探测器位置 中的 1 个聚合。在此位置上，它们将每秒发生 6 亿次撞击。 当两个质子撞击时，它们就会分裂成更小的粒子，包括亚原 子粒子――夸克和缓和力――胶子(一种理论上假设的无质 量的粒子)。此外，它们还会产生光子、正电子和u 介子。之 后，探测器将数据发送到网格计算机系统。 并非每一个质子都会和另一个质子发生撞击。没有发生 撞击的质子将继续在质子束中运行，进入束流收集器。此束 流收集器由石墨组成，将能吸收此质子束，以防大型强子对 撞机里出现意外故障。 创造之最 世界最大粒子对擅机、世界上最大的机器 大型强子对撞机的精确周长是 2.6659 万米， 内部总共有 9300 个磁体。 不仅大型强子对撞机是世界上最大的粒子加速 器，而且仅它的制冷分配系统的八分之一。就称得上是世界 上最大的制冷机。制冷分配系统在充满近 60 吨液态氦，将 所有磁体都冷却到零下 271.3 摄氏度前，它将先利用 1.008 万吨液态氮将这些磁体的温度降低到零下 193.2 摄氏度。 世界上最快的跑道 功率达到最大时，数万亿个质子将在大型强予对撞机周 围的加速器环内以每秒 1.1245 万次的频率急速穿行， 它们的 速度是光速的 99.9999991％。两束质子束分别以 70000 亿电 子伏特的最大功率相向而行，在功率达到 140000 亿电子伏 特时发生碰撞，每秒总共能发生大约 6 亿次撞击。 太阳系中的最空的空间 为了避免加速器中的粒子束与空气分子相撞，这些粒子 束在像行星间的空间一样空荡的超真空环境中穿行。大型强 子对撞机的内压是 10 的负 13 次方个大气压，比月球上的压 力小 10 倍。 银河系中最热的热点，但比外太空要冷 大型强子对撞机是一个极热和极冷的机器。当两束质子 束相撞时， 它们将在一个极小的空间内产生比太阳中心热 10 万倍的高温。与之相比，促使超流体氦在加速器环周围循环 的制冷分配系统，让大型强子对撞机保持在零下 271.3 摄氏 度的超低温环境下，这个温度比外太空的温度还低。 有史以来最大最先进的探测器 为了抽样检查和记录每秒多达 6 亿次的质子相撞结果， 物理学家和工程师已经制造了测量粒子的精确度是微米的 庞大仪器。大型强子对撞机的探测器拥有先进的电子触发系 统，它测量粒子经过时所用时间的精确度，大约是十亿分之 一秒。这个触发系统在确定粒子的位置时，精确度可达百万 分之一米。这种令人难以置信的快速和精确反应，是确保一 个探测器连续层内记录的粒子保持一致的基础。 进行安装时电脑中心的场景，世界最强大的超级计算机 系统 记录大型强子对撞机进行的每项大试验的数据，每年大 约足够刻 10 亿张双面 DVD 光盘。据估计，大型强子对撞机 的寿命是 15 年。为了让世界各地的数千名科学家在未来 15 年内通力合作，分析这些数据，分布在世界各地的好几万台 电脑将利用一种被称作网格的分散式计算网实施研究工作。 世界各地的数千名科学家都希望了解并分析这些数据。 为了解决这个问题，目前欧洲粒子物理研究所(cERN)正在建 一个分散的计算和数据储存设施――大型强子对撞机计算 网格(LCG)。大型强子对-撞机实验产生的数据，将通过欧洲 粒子物理研究所记录在磁带进行原始文件备份后，再分发到 世界各地。经过初始加工，这种数据将被传送到可为大量数 据提供充足储存空间的一系列大型计算机中心，这些计算机 中心一天二十四小时不停地为大型强子对撞机计算网格提 供服务。 经过这些计算机中心的处理，其他设备就可使用这些数 据了，其他的设备每个都由一个或几个实施特殊分析任务的 联合计算机中心组成。科学家可通过大学部门的局域网或个 人电脑了解这些设备，他们可能会经常查看大型强子对撞机 计算网格。 待解谜团 过去几十年来，物理学家不断在细节上加深对构成宇宙 的基本粒子及其交互作用的了解。了解的加深让粒子物理学 的“标准模型”变得更为丰满，但这个模型中仍存在缝隙， 以至于我们无法绘制一幅完整的图画。为了帮助科学家揭示 粒子物理学上这些关键性的未解之谜，由于需要大量实验数 据的支持，大型强子对撞机便担负起“数据提供者”的角色， 这也是非常重要的一个步骤。大型强子对撞机能够将两束质 子加速到空前的能量状态而后