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[学问新知] 揭秘世界最大对撞机将破解的五大科学谜团

揭秘世界最大对撞机将破解的五大科学谜团

. 导语:北京时间8月28日消息,欧洲核子研究中心已于8月7日宣布将于9月10日启动大型强子对撞机(LHC)。这个世界上最大的机器,除了为有望揭开宇宙起源的奥秘,还将揭开哪些谜团呢?以下就是欧洲核子研究中心网站上披露的有关信息。   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,需要大量实验数据支持,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发生相撞,此时的撞击可能带来意想不到的结果,绝对是任何人都无法想象的。   牛顿未完成的工作——什么是质量?   质量的起源是什么?为什么微小粒子拥有质量,而其它一些粒子却没有这种“待遇”?对于这些问题,科学家到现在也没有找到一个确切答案。最有可能的解释似乎可以在希伯斯玻色子身上找到。希伯斯玻色子是“标准模型”这一粒子物理学理论中最后一种尚未被发现的粒子,它的存在是整个“标准模型”的基石。早在1964年,苏格兰物理学家彼得·希格斯(Peter Higgs)便首次预言存在这种粒子,但迄今为止,科学家仍未见过它的庐山真面目。   ATLAS 和 CMS实验将积极寻找这种难于捉摸的粒子存在迹象。   一个“看不见”的问题——96%的宇宙由什么构成?   我们在宇宙中看到的一切——从小蚂蚁到巨大的星系——都是由普通粒子构成的。这些粒子被统称为物质,它们构成了4%的宇宙。余下的部分据信由暗物质和暗能量构成,对它们进行探测和研究的难度不可想象。研究暗物质和暗能量的性质是当今粒子物理学和宇宙学面临的最大挑战之一。   ATLAS 和 CMS实验将寻找超级对称的粒子,用于验证一种与暗物质构成有关的假设。   大自然的偏好——为什么找不到反物质?   我们生活在一个由物质构成的世界,宇宙万物——包括我们人类在内都是由物质构成的。反物质就像物质的一个孪生兄弟,但它却携带相反电荷。在宇宙诞生时,“大爆炸”产生了相同数量的物质和反物质。然而,一旦这对孪生兄弟碰面,它们就会“同归于尽”,并最终转换成能量。不知何故,少量物质幸存下来,并形成我们现在生活的宇宙,而它的孪生兄弟反物质却几乎消失得无影无踪。为什么大自然不能一碗水端平,平等对待这对孪生兄弟呢?   LHCb实验将寻找物质与反物质之间的差异,帮助解释大自然为何如此偏向。此前的实验已经观察到两者之间的些许不同,但迄今为止的研究发现还不足以解释宇宙中的物质和暗物质为何在数量上呈现出明显的不均衡。   “大爆炸”的秘密——物质在宇宙诞生后的第一秒呈什么状态?   构成宇宙万物的物质据信来源于一系列密集而炽热的基本粒子。现在宇宙中的普通物质由原子构成,原子拥有一个由质子和中子构成的核子,质子和中子都是被称之为“胶子”的其它粒子束缚夸克形成的。这种束缚非常强大,但在最初的宇宙,由于温度极高加之能量巨大,胶子很难将夸克结合在一起。也就是说,这种束缚似乎是在“大爆炸”发生后的最初几微秒内形成的,此时的宇宙拥有一个由夸克和胶子构成的非常炽热而密集的混合物,也就是所说的“夸克-胶子等离子体”。   ALICE实验将利用大型强子对撞机模拟大爆炸发生后的原始宇宙形态,分析夸克-胶子等离子体的性质。   隐藏的世界——空间的额外维度真的存在吗?   根据爱因斯坦广义相对论,人类生存的三维空间加上时间轴即构成所谓四维空间。后来的理论认为,可能存在拥有隐藏维度的空间。弦理论便暗示额外的空间维度尚未被人类观察到,它们似乎会在高能条件下显现出来。基于这种推测,科学家将对所有探测器获得的数据进行仔细分析,以寻找额外维度存在迹象。(孝文)新浪科技

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世界最大的机器:大型强子对撞机(组图) 新浪科技讯 北京时间8月12日消息,据国外媒体报道,欧洲核子研究中心已于7日宣布将于9月10日启动大型强子对撞机(LHC),希望借助这台世界最大的粒子加速器揭开宇宙起源的奥秘。   大型强子对撞机不仅是世界最大的粒子加速器,同时也是世界最大的机器。这个27公里长的粒子加速器,位于瑞士、法国边境地区的地下100米深的环形隧道中,隧道全长26.659公里,建设耗资超过60亿美元。 目前它即将开始第一次粒子束流试验。欧洲粒子物理研究所(CERN)准备在8月初首先进行一次小型试验,计划在9月进行一次全轨道试验,年底前正式实施粒子对撞试验。开始试验前的最后一个步骤是,将大型强子对撞机冷却到零下271.25摄氏度(零下456.25华氏度)。   下面是从欧洲粒子物理研究所获得的照片,它们显示了在过去几年中建设这个大型强子对撞机的不同阶段以及几个比较大的科研仪器,其中一些体积非常庞大,比7层楼还高。(孝文) 揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)

  1.这是无尘室里的压缩介子线圈(CMS)跟踪器外筒(TOB)。压缩介子线圈是大型强子对撞机的两个多用途科研仪器之一,它的设计目的是揭开“Terascale”的物理学原理,Terascale是一个能量区,物理学家认为他们可通过这个能量区找到21世纪粒子物理学核心问题的答案。

揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)

  2.这是晨光中的“创新球”系统。这个木质球体结构最初是为瑞士全国展览会Expo'02建造的,直径40米,高27米。

揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)

  3.组装ATLAS强子端盖液体氩热量计(ATLAS Hadronic endcap Liquid Argon Calorimeter)。ATLAS探测器包含一系列一个比一个大的同心圆筒,它们围绕着大型强子对撞机的质子束相撞的界面中心。

揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)

  4.工作人员正在对大型强子对撞机隧道内的磁体阵列进行检查。每个磁体都处在恰当位置非常重要,因为这样才能对光束的路径进行精确控制。

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揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(2)

  5. 将大型离子对撞实验(ALICE)的内部追踪系统运送到实验洞并将它嵌入定时发射膛(TPC)。ALICE将用来研究超高能质子-质子和铅-铅对撞物理学原理,并将揭露宇宙大爆炸后几微秒内的宇宙情形。

揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(2) 6.将该追踪系统嵌入压缩介子线圈探测器中心。 揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(2)

  7.照片上是LHCb电磁量能器。这是一个由3300块组成的一面42平方米的墙体,上面有闪烁体、光缆和铅。在大型强子对撞机内开始进行质子-质子对撞时, LHCb电磁量能器将被用来测量对撞过程产生的粒子能。质子、电子和正电子将穿过这些模块内的物质层,通过粒子流将它们的能量堆积在这个探测器中。

揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(2)

8.这是在梅林的跟踪系统合成设备进行压缩介子线圈试验时拍摄的照片。

  新浪科技讯 北京时间8月12日消息,据国外媒体报道,欧洲核子研究中心已于7日宣布将于9月10日启动大型强子对撞机(LHC),希望借助这台世界最大的粒子加速器揭开宇宙起源的奥秘。以上图为欧洲粒子物理研究所公布的照片,它们显示了在过去几年中建设这个大型强子对撞机的不同阶段以及几个比较大的科研仪器。

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揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(3)

9.法国、瑞士和欧洲粒子物理研究所的消防人员在大型强子对撞机隧道内搬运营救设备。

揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(3) 10.大型强子对撞机隧道内的冷磁体。 揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(3) 11.将这个跟踪器插入压缩介子线圈探测器的心脏部位。 揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(3) 12. 拥有跟踪器外筒的压缩介子线圈探测器末端完工。 揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(4) 13.将ATLAS的第一个小轮子送入隧道内。 揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(4) 14.将ATLAS的两个μ介子小轮子中的一个放入洞中。 揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(4) 15.2007年7月拍摄的ATLAS探测器。 揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(4) 16.一名电焊工人在大型强子对撞机隧道内的强子对撞机的两个超导磁体系统之间忙碌着。 揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(5) 17. 2007年年底拍摄的压缩介子线圈探测器。 揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(5) 18.将ATLAS磁体环形端盖从180号大楼运输到ATLAS指定地点。 揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(5) 19.2008年2月初,在将μ介子小轮子送入洞中之前看到的ATLAS洞A侧的情景。 揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(5) 20. ALICE洞中的L3磁体的一个门即将关闭的门。 揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(6) 21.将压缩介子线圈探测器的最后一个部分放入地下试验洞中。 揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(6) 22.完全放入液体氩低温保持器后拍到的第一个ATLAS内部探测器端盖照片。 揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(6) 23.在洞内安装ATLAS像素探测器。 揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(6) 24.在ATLAS洞中安装光束管。 揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(7) 25.进行安装时电脑中心的场景。 揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(7) 26.安装世界上最大的硅跟踪探测器。 揭秘世界最大的机器:大型强子对撞机(组图)(7)

  27.这是欧洲粒子物理研究所和瑞士、法国周围地区的鸟瞰图。3个环清晰可见,最小的那个(位于右下方)显示出质子同步加速器的地下位置,中间的环是超级质子加速器(SPS)所在位置,这个加速器的圆周是7公里。那个最大的环(圆周27公里)是以前的大型正负电子对撞机(LEP)加速器所在地。

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