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南京大学参加实验

发布时间:2008-09-16 点击次数:

  南京日报 2008.9.11 B版 新华社
  科学家10日在靠近法国和瑞士边境的地下实验室开启大型强子对撞机,由此开始高速粒子对撞系列实验。
  如果成功,这一系列实验将模拟宇宙大爆炸发生时的状态,有助人类进一步探索宇宙起源之谜。
  质子束流细如发丝
  每秒可飙30万公里
  当地时间10日上午9时30分左右(北京时间10日下午3时30分左右),随着一束质子束流注入对撞机,实验正式启动。负责实验的欧洲核子研究中心发言人凯特帕诺说:“质子束流粗细如同一根头发。”
  这台对撞机是世界最大的粒子加速器,建于瑞士和法国边境地区地下100米深处的环形隧道中。
  5秒钟后,实验项目位于日内瓦的控制室内电脑收到信号,显示实验进展顺利。
  开足马力的对撞机能够确保数万亿粒子以高速流过将近27公里长的地下隧道,最高速度将近每秒钟30万公里,相当于光速的99.99%。以如此高速,质子束流每秒可在隧道内狂飙11245圈,单束能量达到7万亿电子伏特。
  不过,10日实验注入对撞机的质子流运动速度相对较慢,每隔几公里为一段,在隧道中移动。这是为了检测所有设备是否运行正常。
  实验启动近一个小时后,两个白点在控制室的电脑屏幕上闪烁,显示质子束流已经沿隧道环绕一周。在场科学家欢呼鼓掌,庆祝第一束质子束流成功完成顺时针方向“首航”。
  这以后,科学家将多次重复粒子加速测试,不断提高束流速度。
  粒子“子弹”高速对撞
  模拟宇宙大爆炸
  一切就绪之后,科学家才会着手准备粒子高速对撞实验,继而再现宇宙大爆炸发生后万亿分之一秒内的情形。
  着手粒子高速对撞实验之前,科学家会尝试从两个方向同时发射质子束流,以较低强度进行粒子对撞。“这就好像彼此瞄准的机关枪射出子弹,”物理学家丹内格瑞解释说:“一些子弹会擦身而过,一些子弹会撞击在一起。”
  据估计,粒子高速对撞实验最早有望在今年年底进行,最晚则可能在一年以后。届时,运行方向相反的两束高速质子束流将在隧道内对撞,碰撞点将释放巨大热量和能量,与宇宙大爆炸发生时的情况相仿,只是规模较小。
  当前盛行的宇宙学观点认为,宇宙起源于大约150亿年前一次大爆炸。当时所有物质高度密集于硬币大小的一点,因为温度极高发生大爆炸。爆炸发生后,物质向外膨胀形成宇宙,先后诞生星系团、星系、银河系、恒星和太阳系,以及包括地球和人类在内的一切。
  目的探寻“上帝粒子”
  实验至少持续十年
  如果最后实验成功,科学家将分析撞击中产生的数百万粒子,求证希格斯玻色子的存在。
  一旦粒子高速对撞成功,科学家将借助粒子检测器,在电脑显示器上观察撞击后的粒子如何聚拢在一起、各自散开或就此消融。
  上述条件下,科学家们有望发现希格斯玻色子是否在。在粒子物理学标准模型预言的62种基本粒子中,只有希格斯玻色子迄今仍未“显形”,因此有“上帝粒子”之称。
  英国物理学家希格斯1964年预言存在希格斯玻色子,视之为物质质量之源。希格斯提出,其他粒子在希格斯玻色子构成的“海洋”中游弋,受它作用产生惯性,获得质量。如果没有质量,宇宙大爆炸后产生的物质无法形成星云和行星,生命起源更无从谈起。
  大型强子对撞机在今后10到15年内将持续进行实验,由此产生的大量粒子数据将交由全球各大学和研究机构的实验室分析。
  在大型强子对撞机上的4个大实验中,来自80多个国家和地区的7000多名科学家和工程师共同参与制造、维护和运行4个大探测器并进行数据分析。中国在这4个大实验中投资数千万元人民币并将参与物理分析。中国科学院高能物理研究所、北京大学、清华大学、中国原子能科学研究院、中国科技大学、南京大学、山东大学、华中师范大学和华中科技大学等科研院所和高校的科研人员参加了部分实验。
  对撞机“之最”
  1.世界上最大机器:“大型强子对撞机”位于瑞士、法国边境地下100米深的环形隧道中,隧道全长26.659公里。
  2.地球上最快轨道:如果“开足马力”,数以百万计的粒子将在环形隧道内以每秒11245圈的速度“狂飙”,相当于光速的大约99.99%。
  3.太阳系最空场所: 粒子流在超高真空的“通道”内运行,气压相当于月球大气压的大约十分之一。
  4.最热与最冷机器:两束粒子流对撞时,碰撞点高温可达到太阳中心温度的10万倍。而粒子加速腔运行时为零下271.3℃,比太空还冷。
  即使撞出“黑洞”
  不会吞噬地球
  在许多人看来,黑洞就如同一个能吞噬万物的怪兽一样可怕,不过多方科学家的仔细推算和反复研究证明,10日启动的欧洲大型强子对撞机即便真的能造出黑洞,也只是个超级“迷你”、“短命”的黑洞,根本不会对地球造成任何影响。
  科学家们尽管并不能肯定大型强子对撞机绝对不会制造出黑洞,但却确信即使真的制造出黑洞,它也不能吞噬周边物质乃至整个地球。
  根据测算,一个大型强子对撞机里制造出的黑洞,其尺度仅为百亿亿分之一米(10的负18次方米),存在时间仅为十亿分之几阿秒(1阿秒为10的负18次方秒)。由于它存在的时间是如此之短,根本不能吞噬任何周边的物质,因此不可能对地球构成任何危害。
  黑洞通常是由庞大的恒星在生命结束之后自我坍缩形成的,是一种体积极小、质量极大的天体,在它周围的一个区域里,连光也无法逃逸出去。早在2001年就有科学家提出,大型强子对撞机能把大量能量压缩在很小的空间里,也会形成黑洞。不过科学家也指出,与恒星坍塌形成黑洞过程极为缓慢相反,这种“人造黑洞”的消逝可能“会像雪花消融一样容易”。