離子對撞機

高能物理對撞機可以按照其加速粒子的種類進行分類，強子對撞機是其中一種，它加速的粒子是強子。由夸克組成的粒子稱為強子，它包括重子和介子。在重子中，相對穩定的是質子和中子，而中子不帶電，無法實現加速過程。也就是說，目前可行的強子對撞機所加速的粒子是質子。當前世界上能量最高的強子對撞機位於瑞士日內瓦，由歐洲核子研究中心建造的大型強子對撞機將投入運行，屆時將成為世界上能量最高的強子對撞機，它能使質子－質子在14TeV的質心能下對撞。

基本介紹

• 中文名：離子對撞機
• 外文名：Ion Collider

外觀

大型強子對撞機磁體高16米，長、寬均有10多米，重達1920噸。工程技術人員專門建造了一個巨型吊架，用4根粗鋼纜吊住這個磁體，藉助液壓頂泵將磁體緩慢放入隧道。它長達27公里的環形隧道可被用來加速粒子，使其相撞，創造出與宇宙大爆炸萬億分之一秒時類似的狀態。在高能物理實驗中，粒子加速器和探測器是常用設備。探測器用來探測碰撞產生的微小粒子，記錄粒子能量、質量等信息。強子對撞機上共有4個對撞點，各裝有一個探測器，其中一個為CMS(緊湊型μ介子螺線管)探測器。

追尋質量的起源 揭秘歐洲大型強子對撞機

地球上最大的“粒子粉碎機”一路走來可謂多災多難，現在又遇到了麻煩。兩位美國公民日前對歐洲大型強子對撞機（LHC）計畫提出了訴訟，要求推遲這一“粒子粉碎機”開動的時間。他們聲稱，LHC可能產生危險的粒子或者微型黑洞，從而毀滅整個地球。

建造在瑞士歐洲粒子物理中心（CERN）的LHC眼看就要完工了，科學家希望它能在今年7月中旬開始運行。然而，3月21日，居住在夏威夷的Luis Sancho和Walter Wagner針對CERN和美國一些科研機構，向美國聯邦地方法院提出了訴訟，要求在安全性得到證實之前，不啟動LHC對撞計畫。他們點名的美國科研機構包括能源部、國家自然科學基金會和芝加哥附近的費米實驗室。

美國能源部和費米實驗室不會對此發表評論，它們堅持認為這是一項應由法務部處理的法律案件。而CERN的一位發言人James Gillies則表示，這項訴訟要求是“徹底的胡說”。“LHC將在今年啟動，並創造出各種關於宇宙的激動人心的新物理學認識。”他補充道，“從現在開始一年之後，世界還在那裡。”

LHC將把質子加速到具有巨大的能量並進行對撞“粉碎”，從而模擬大爆炸後不足十億分之一秒的情況。物理學家希望藉此來解開長期以來的重大和基本難題，比如粒子為何存在質量（即驗證希波斯粒子 即上帝粒子）、空間是否隱藏著額外的維度等等。

然而，Sancho和Wagner的訴訟提出了一些理論假想――LHC可能製造出吞沒地球粒子，比如“殺手奇異子”（一種包含非通常夸克的假想粒子物質）。如果一種奇異子十分穩定並且帶有負電，那它們就有可能“吃”普通物質的核子，並將其轉變為奇怪的物質。最終，一系列危險的連鎖反應會毀滅整個地球和每一個人。

實際上，2003年關於LHC安全性的評審報告就認為，“它沒有導致任何可能的威脅出現的基礎”。儘管該報告承認，該加速器有微小几率能創造出短暫的迷你黑洞或者磁單極子，從而破壞普通原子的質子，但它得出結論認為，任何一種假想的情況都不會導致災難。而一個更新版本的安全評估報告很快也會發布，此外，物理學家還打算在4月6日CERN的一個招待會上討論安全性問題。事實上，在美國Brookhaven國家實驗室當年興建“相對論重離子對撞機”（RHIC）時，Wagner就提出過類似的利害關係。Gillies說：“RHIC於2000年就開始運行了，我們現在還不是好好的。”此外，他補充道，比LHC高得多的能量碰撞在自然界也頻繁發生，宇宙射線粒子能以接近光速穿過銀河系周圍。月球已經經歷了50億年的這種碰撞影響，也沒有被哪個貪婪的黑洞或者殺手奇異子毀滅。

然而，Sancho和Wagner認為，CERN的安全性評審“馬馬虎虎”，低估了潛在風險，而且上述的宇宙射線辯解也是誤導性的。他們在訴訟檔案中稱：“被告不經意間將創造出一種危險的物質形式……或者不安全的物理學環境狀態，這種影響在範圍上可能同是局部和國家層面的，並且波及每一個人。這是毫無疑問的。”

大型強子對撞機數據“之最”

自從1980年“大型強子對撞機”的構想首度出現以來，歷經近30年，這一“世界上最大的機器”終於從夢想成為現實，即將於今年9月開始投入運行。現擷取一些有關它的數據“之最”，記錄如下：

世界上最大的機器

“大型強子對撞機”不僅是世界上最大的粒子加速器，而且也是世界上最大的機器。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26.659公里。

地球上最快的“軌道”

如果“開足馬力”，數以百萬計的粒子將在環形隧道內以每秒11245圈的速度“狂飆”，約等於光速的99.99%。

太陽系中最“空曠”的地方

為避免粒子流與氣體分子發生碰撞，粒子流都在超高真空的“通道”內運行，其間如同星際空間一樣“空曠”，氣壓僅為10的負13次方個標準大氣壓，比月球上的大氣壓還小10倍。

最熱與最冷的機器

大型強子對撞機是個既極端熱又極端冷的機器。當兩束粒子流對撞的時候，碰撞點將產生極端高溫，可以達到太陽中心溫度的10萬倍。而與之形成鮮明對比的是，由於採用了超流體氦冷卻等手段，對撞機中粒子運行的加速腔在工作時的溫度僅為零下271.3攝氏度（1.9開），比遙遠的太空還要冷。

全球最強大的超級計算機系統

大型強子對撞機上進行的每一個大型試驗一年所獲得的數據，可以刻滿十萬張雙層DVD。為了對這些數據進行分析，世界各地成千上萬名科學家都參與進來，他們所使用的數萬台甚至數十萬台計算機藉助分散式計算網路（格線計算）聯合在一起，這也構成了全球最強大的超級計算機系統。

粒子物理學的“聖杯”——希格斯玻色子

人們早已發現，自然界中物體之間千差萬別的相互作用，可以簡單劃分為4種力：即引力、電磁力、維持原子核的強作用力和產生放射衰變的弱作用力。在愛因斯坦的相對論解決了重力問題後，人們開始嘗試建立一個統一的模型，以期解釋通過後3種力相互作用的所有粒子。

經過長期研究和探索，科學家們建立起被稱為“標準模型”的粒子物理學理論，它把基本粒子（構成物質的亞原子結構）分成3大類：夸克、輕子與玻色子。“標準模型”的出現，使得各種粒子如萬鳥歸林般擁有了一個共同的“家園”。但是這一“家園”有個致命缺陷，那就是該模型無法解釋物質質量的來源。

為了修補上述理論大廈的缺陷，英國科學家彼得?希格斯提出了希格斯場的存在，並進而預言了希格斯玻色子的存在。假設出的希格斯玻色子是物質的質量之源，是電子和夸克等形成質量的基礎。其他粒子在希格斯玻色子構成的“海洋”中游弋，受其作用而產生慣性，最終才有了質量。爾後所有的粒子在除引力外的另3種力的框架中相互作用，統一於“標準模型”之下，構築成大千世界。

“標準模型”預言了62種基本粒子的存在，這些粒子基本都已被實驗所證實，而希格斯玻色子是最後一種未被發現的基本粒子。因此，尋找該粒子，被比喻為尋找粒子物理學領域的“聖杯”。

歐洲大型強子對撞機（LargeHadronCollider，簡稱LHC）被稱為世界規模最龐大的科學工程，它將利用高速粒子束相撞產生的巨大能量，重建“大爆炸”發生後的宇宙形態。然而這個“巨無霸”在距離啟動只有幾天的時候依然官司纏身。歐洲和美國的反對人士分別向當地法院提出起訴，要求叫停或推遲這個項目，他們的理由是，LHC能產生危險的粒子或者微型黑洞，從而毀滅整個地球。

19號中午，歐洲核子研究中心大型強子對撞機發生隧道內嚴重氦泄漏事故。目前，泄漏原因不詳，歐洲核子研究中心計畫在周末對事故進行調查。