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解读对撞机:寻找占宇宙成分96%暗物质暗能量

来源:不详       更新时间:2010-10-9 11:10:58
 

  我国科学家参与的国际性大科学工程之一——大型强子对撞机对撞成功。记者第一时间连线中国科学院高能物理研究所相关专家,通俗解读大型强子对撞机的重要意义。

  欧洲核子研究中心宣布,3月30日日内瓦时间13点06分(北京时间19点06分),跨越日内瓦市郊、瑞士和法国边界的大型强子对撞机(LHC)上,总能量为7万亿电子伏特的两个束流对撞成功。这次迄今为止世界上能量最高的对撞,标志着大型强子对撞机物理研究的启动,拉开了粒子物理新时代的序幕,人类开始寻找占宇宙成分96%的暗物质和暗能量。

  大型强子对撞机创造的科学之最

  中科院高能物理研究所研究员陈国明介绍说,这一世界上最大的大型强子对撞机,建在周长为27公里、埋入地下50到175米处的环形隧道中。它的设计目标是对撞两个反向回旋的质子束流,总能量高达14万亿伏特。这次实验预计达到的能量是设计目标的一半。根据科学家们的设定,每个质子的能量为3.5万亿电子伏特。质子的速度是光速的99.999995%(比光速慢亿分之五)。

  大型强子对撞机的隧道里安放了四个探测器CMS(紧凑缪子线圈)、ATLAS(超环面仪器)、LHCb(底夸克探测器)和ALICE(大型离子对撞机)。科学家们希望通过这些探测器,在能量为数万亿电子伏特质子对撞中发现有意义的新物理。

  大型强子对撞机创造了许多科学之最。超环面仪器是世界上最大的探测器,有半个巴黎圣母院大。紧凑缪子线圈是世界上最重的探测器,铁的使用量比埃菲尔铁塔还多。它采用的圆柱形超导电缆线圈是世界上最大的超导线圈,可产生4万高斯的磁场,相当于地球磁场的10万倍。

  大型强子对撞机揭开物理学新纪元

  紧凑缪子线圈、超环面仪器两个实验的物理目标是寻找希格斯粒子(Higgs)、额外维度和宇宙中神秘的暗物质。希格斯是一种理论上预言的新粒子,它能解释其他粒子的质量起源。

  LHCb实验将帮助我们了解为什么宇宙中反物质不可思议地缺少。它通过研究“底夸克”粒子,专门对物质和反物质之间的微妙差异展开调查。

  大型离子对撞机则是重离子对撞实验。铅离子对撞后,在实验条件下重建“大爆炸”后的宇宙初期形态,撞击时产生的高温将是太阳内部温度的10万倍。物理学家希望看到的是,质子和中子会在这种高温条件下“熔化”,并释放被胶子束缚的夸克。

  陈国明认为,LHC将揭开物理学的新纪元。“上世纪初,牛顿理论看似完美,几乎可以解释一切,只有迈克尔逊—莫雷实验和黑体辐射实验得不到解释。在当时这被称为美丽天空中飘着的两朵乌云。正是这两朵乌云导致了相对论和量子力学的诞生,引起了一场科学革命。”今天,相对论和量子力学也不再完美,“现在对宇宙的观测表明,物理学能解释的仅占宇宙成分的4%,其余96%由暗物质和暗能量构成,它们的本质我们全然不知。这是一朵更大的乌云。如果大型强子对撞机能够找到暗物质,将引起科学的另一次革命,从而揭开物理学的新纪元。”

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