大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)課件

歐洲核子中心CKRN坐落在美麗的日內(nèi)瓦湖畔，毗鄰雄偉的阿爾碑斯山脈，地跨瑞士、法國(guó)，是世界上最大的高能物理實(shí)驗(yàn)中心之一。質(zhì)子同步加速器(PS)超級(jí)質(zhì)子加速器(SPS)正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)(LEP)加速器宇宙大爆炸示意圖

大型強(qiáng)子對(duì)撞器(LargeHadronCollider，LHC)是一座位于瑞士日內(nèi)瓦近郊?xì)W洲核子研究組織CERN的粒子加速器與對(duì)撞機(jī)，作為國(guó)際高能物理學(xué)研究之用。(全球定位點(diǎn)：北緯46度14分00秒，東經(jīng)6度03分00秒)LHC已經(jīng)建造完成，北京時(shí)間2008年9月10日下午15：30正式開始運(yùn)作，成為世界上最大的粒子加速器設(shè)施。LHC是一個(gè)國(guó)際合作的計(jì)劃，由34國(guó)超過兩千位物理學(xué)家所屬的大學(xué)與實(shí)驗(yàn)室，所共同出資合作興建的?？偸?/p>

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC,TheLargeHadronCollider）

對(duì)撞機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖

LHC包含了一個(gè)圓周為27公里的圓形隧道，因當(dāng)?shù)氐匦蔚木壒饰挥诘叵?0至150米之間。這是先前大型電子正子加速器(LEP)所使用隧道的再利用。隧道本身直徑三米，位于同一平面上，并貫穿瑞士與法國(guó)邊境，主要的部份大半位于法國(guó)。雖然隧道本身位于地底下，尚有許多地面設(shè)施如冷卻壓縮機(jī)，通風(fēng)設(shè)備，控制電機(jī)設(shè)備，還有冷凍槽等等建構(gòu)于其上。

加速器通道中，主要是放置兩個(gè)質(zhì)子束管。加速管由超導(dǎo)磁鐵所包覆，以液態(tài)氦來冷卻。管中的質(zhì)子是以相反的方向，環(huán)繞著整個(gè)環(huán)型加速器運(yùn)行。除此之外，在四個(gè)實(shí)驗(yàn)碰撞點(diǎn)附近，另有安裝其他的偏向磁鐵及聚焦磁鐵。

兩個(gè)對(duì)撞加速管中的質(zhì)子，各具有的能量為7TeV，總撞擊能量達(dá)14TeV。每個(gè)質(zhì)子環(huán)繞整個(gè)儲(chǔ)存環(huán)的時(shí)間為89微秒(microsecond)。因?yàn)橥郊铀倨鞯奶匦?，加速管中的粒子是以粒子團(tuán)(bunch)的形式，而非連續(xù)的粒子流。整個(gè)儲(chǔ)存環(huán)將會(huì)有2800個(gè)粒子團(tuán)，最短碰撞周期為25納秒(nanosecond)。在加速器開始運(yùn)作的初期，將會(huì)以軌道中放入較少的粒子團(tuán)的方式運(yùn)作，碰撞周期為75納秒，再逐步提升到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

在粒子入射到主加速環(huán)之前，先經(jīng)過一系列加速設(shè)施，逐級(jí)提升能量。其中，由兩個(gè)直線加速器所構(gòu)成的質(zhì)子同步加速器(PS)將產(chǎn)生50MeV的能量，接著質(zhì)子同步推進(jìn)器(PSB)提升能量到1.4GeV。而質(zhì)子同步加速環(huán)可達(dá)到26GeV的能量。低能量入射環(huán)(LEIR)為一離子儲(chǔ)存與冷卻的裝置。反物質(zhì)減速器(AD)可以將3.57GeV的反質(zhì)子，減速到2GeV。最后超級(jí)質(zhì)子同步加速器(SPS)可提升質(zhì)子的能量到450GeV。

在LHC加速環(huán)的四個(gè)碰撞點(diǎn)，分別設(shè)有五個(gè)偵測(cè)器在碰撞點(diǎn)的地穴中。其中超環(huán)面儀器(ATLAS)與緊湊渺子線圈(CMS)是通用型的粒子偵測(cè)器。其他三個(gè)(LHC底夸克偵測(cè)器(LHCb),大型離子對(duì)撞器(ALICE)以及全截面彈性散射偵測(cè)器(TOTEM)則是較小型的特殊目標(biāo)偵測(cè)器。

LHC也可以用來加速對(duì)撞重離子，例如鉛(Pb)離子可加速到1150TeV。

由于LHC有著對(duì)工程技術(shù)上極端的挑戰(zhàn)，安全上的確保是極其重要的。當(dāng)LHC開始運(yùn)作時(shí)，磁鐵中的總能量高達(dá)100億焦耳(GJ)，而粒子束中的總能量也高達(dá)725百萬(wàn)焦耳(MJ)。研究主題

標(biāo)準(zhǔn)模型中所流行的造成基本粒子質(zhì)量的希格斯機(jī)制是真實(shí)的嗎？真是如此的話，希格斯粒子有多少種，質(zhì)量又分別是多少呢？當(dāng)重子的質(zhì)量被更精確的測(cè)量時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)模型是否仍然成立的？粒子是否有相對(duì)應(yīng)的超對(duì)稱(SUSY)粒子存在？為何物質(zhì)與反物質(zhì)是不對(duì)稱的？有更高維度的空間(Kaluza-Kleintheory,extradimensions)存在嗎？我們可以見到弦論的現(xiàn)象嗎？宇宙有96%的質(zhì)量是目前天文學(xué)上無(wú)法觀測(cè)到的，這些到底是什么？為何重力比起其他三個(gè)基本作用力(電磁力，強(qiáng)作用力，弱作用力)差了這么多個(gè)數(shù)量級(jí)？創(chuàng)造之最世界上最大的機(jī)器

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的精確周長(zhǎng)是2.6659萬(wàn)米，內(nèi)部總共有9300個(gè)磁體。不僅大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是世界上最大的粒子加速器，而且僅它的制冷分配系統(tǒng)(cryogenicdistributionsystem)的八分之一，就稱得上是世界上最大的制冷機(jī)。制冷分配系統(tǒng)在充滿近60噸液態(tài)氦，將所有磁體都冷卻到零下271.3攝氏度(1.9開氏度)前，它將先利用1.008萬(wàn)噸液態(tài)氮將這些磁體的溫度降低到零下193.2攝氏度。世界上最快的跑道

功率達(dá)到最大時(shí)，數(shù)萬(wàn)億個(gè)質(zhì)子將在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)周圍的加速器環(huán)內(nèi)以每秒1.1245萬(wàn)次的頻率急速穿行，它們的速度是光速的99.9999991%。兩束質(zhì)子束分別以70000億電子伏特的最大功率相向而行，在功率達(dá)到140000億電子伏特時(shí)發(fā)生碰撞。每秒總共能發(fā)生大約6億次撞擊。

銀河系中最熱的熱點(diǎn)但比外太空要冷

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是一個(gè)極熱和極冷的機(jī)器。當(dāng)兩束質(zhì)子束相撞時(shí)，它們將在一個(gè)極小的空間內(nèi)產(chǎn)生比太陽(yáng)中心熱10萬(wàn)倍的高溫。與之相比，促使超流體氦在加速器環(huán)周圍循環(huán)的制冷分配系統(tǒng)，讓大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)保持在零下271.3攝氏度(1.9開氏度)的超低溫環(huán)境下，這個(gè)溫度比外太空的溫度還低。太陽(yáng)系中的最空的空間

為了避免加速器中的粒子束與空氣分子相撞，這些粒子束在像行星間的空間一樣空蕩的超真空環(huán)境中穿行。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的內(nèi)壓是10-13個(gè)大氣壓，比月球上的壓力小10倍。有史以來最大最先進(jìn)的探測(cè)器

為了抽樣檢查和記錄每秒多達(dá)6億次的質(zhì)子相撞結(jié)果，物理學(xué)家和工程師已經(jīng)制造了測(cè)量粒子的精確度是微米的龐大儀器。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的探測(cè)器擁有先進(jìn)的電子觸發(fā)系統(tǒng)，它測(cè)量粒子經(jīng)過時(shí)所用時(shí)間的精確度，大約是十億分之一秒。這個(gè)觸發(fā)系統(tǒng)在確定粒子的位置時(shí)，精確度可達(dá)百萬(wàn)分之一米。這種令人難以置信的快速和精確反應(yīng)，是確保一個(gè)探測(cè)器連續(xù)層內(nèi)記錄的粒子保持一致的基礎(chǔ)。世界最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

記錄大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)進(jìn)行的每項(xiàng)大試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，每年大約足夠刻10億張雙面DVD光盤。據(jù)估計(jì)，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的壽命是15年。為了讓世界各地的數(shù)千名科學(xué)家在未來15年內(nèi)通力合作，分析這些數(shù)據(jù)，分布在世界各地的好幾萬(wàn)臺(tái)電腦將利用一種被稱作網(wǎng)格的分散式計(jì)算網(wǎng)(distributedcomputingnetwork)實(shí)施研究工作。SixTrack

（LHC@home

項(xiàng)目所使用的計(jì)算程序）世界各地的數(shù)千名科學(xué)家都希望了解并分析這些數(shù)據(jù)。為了解決這個(gè)問題，目前歐洲粒子物理研究所(CERN)正在建一個(gè)分散的計(jì)算和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存設(shè)施——大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)計(jì)算網(wǎng)格(LCG)。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，將通過歐洲粒子物理研究所記錄在磁帶進(jìn)行原始文件備份后，再分發(fā)到世界各地。經(jīng)過初始加工，這種數(shù)據(jù)將被傳送到可為大量數(shù)據(jù)提供充足儲(chǔ)存空間的一系列大型計(jì)算機(jī)中心，這些計(jì)算機(jī)中心一天二十四小時(shí)不停地為大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)計(jì)算網(wǎng)格提供服務(wù)。我國(guó)臺(tái)灣也參與其中，并負(fù)責(zé)其中兩項(xiàng)重要系統(tǒng)的研發(fā)，其次處理龐大實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，亞洲唯一的電腦中心就設(shè)在臺(tái)灣的中研院。這次臺(tái)灣約有40名科學(xué)家參與這項(xiàng)國(guó)際實(shí)驗(yàn)，負(fù)責(zé)世界上最大與最重的偵測(cè)器研發(fā)，其次處理龐大實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所倚賴的「網(wǎng)格電腦」就設(shè)在臺(tái)灣的中研院，。經(jīng)過這些計(jì)算機(jī)中心的處理，其他設(shè)備就可使用這些數(shù)據(jù)，其他設(shè)備每個(gè)都有一個(gè)或幾個(gè)實(shí)施特殊分析任務(wù)的聯(lián)合計(jì)算機(jī)中心組成?？茖W(xué)家可通過大學(xué)部門的局域網(wǎng)或個(gè)人電腦了解這些設(shè)備，可經(jīng)常查看大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)計(jì)算網(wǎng)格。與大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)計(jì)算網(wǎng)格密切合作的歐洲粒子物理研究所的其他網(wǎng)格項(xiàng)目：

1.E-Science網(wǎng)格(EGEE)：大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)計(jì)算網(wǎng)格是這個(gè)項(xiàng)目的初級(jí)生產(chǎn)環(huán)境，E-Science網(wǎng)格從2004年開始建設(shè)，目的是為廣闊的科學(xué)領(lǐng)域建設(shè)一個(gè)網(wǎng)格基礎(chǔ)設(shè)施。

2.歐洲粒子物理研究所開放實(shí)驗(yàn)室(CERNopenlab)：大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)計(jì)算網(wǎng)格項(xiàng)目也在隨著工業(yè)發(fā)展，它尤其在通過歐洲粒子物理研究所開放實(shí)驗(yàn)室不斷發(fā)展。最主要的IT公司正在歐洲粒子物理研究所開放實(shí)驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)和確認(rèn)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)計(jì)算網(wǎng)格使用的重要的網(wǎng)格技術(shù)。六大實(shí)驗(yàn)

利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)進(jìn)行的6項(xiàng)實(shí)驗(yàn)都將均在國(guó)際合作的模式下完成，這些實(shí)驗(yàn)將世界各地的研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家聚集在一起，共同見證激動(dòng)人心的一刻。每一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)都截然不同，這是由其使用的粒子探測(cè)器的獨(dú)特性所決定的。LHC底夸克探測(cè)器

兩項(xiàng)大規(guī)模實(shí)驗(yàn)：ATLAS(超環(huán)面儀器實(shí)驗(yàn)的英文縮寫，以下簡(jiǎn)稱ATLAS)CMS(緊湊渺子線圈實(shí)驗(yàn)的英文縮寫，以下簡(jiǎn)稱CMS)兩者均建立在多用途探測(cè)器基礎(chǔ)之上，用于分析在加速器中撞擊時(shí)產(chǎn)生的數(shù)量龐大的粒子。兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的研究規(guī)模和研究層面均達(dá)到前所未有的程度。使用兩個(gè)單獨(dú)設(shè)計(jì)的探測(cè)器是交叉確認(rèn)任何新發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵所在。ATLAS和CMS是LHC上的兩個(gè)一般意圖探測(cè)器，將有機(jī)會(huì)探測(cè)質(zhì)子對(duì)撞的所有主要物理產(chǎn)物，是LHC上最重要的實(shí)驗(yàn)。ATLAS是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)兩個(gè)通用探測(cè)器中的一個(gè)緊湊渺子線圈(CMS)探測(cè)器

兩項(xiàng)中型實(shí)驗(yàn)：ALICE(大型離子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)的英文縮寫，以下簡(jiǎn)稱ALICE)

LHCb(LHC底夸克實(shí)驗(yàn)的英文縮寫，以下簡(jiǎn)稱LHCb)兩者利用特殊的探測(cè)器，分析與特殊現(xiàn)象有關(guān)的撞擊。ALICE探測(cè)器

LHC底夸克探測(cè)器

另外兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)：TOTEM(全截面彈性散射偵測(cè)器實(shí)驗(yàn)的英文縮寫，以下簡(jiǎn)稱TOTEM)

LHCf(LHC前行粒子實(shí)驗(yàn)的英文縮寫，以下簡(jiǎn)稱LHCf)兩者的規(guī)模就要小得多。它們的焦點(diǎn)集中在“前行粒子”(質(zhì)子或者重離子)身上。在粒子束發(fā)生碰撞時(shí)，這些粒子只是擦肩而過，而不是正面相撞。ATLAS、CMS、ALICE和LHCb探測(cè)器安裝在4個(gè)地下巨洞，分布在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)周圍。TOTEM實(shí)驗(yàn)用到的探測(cè)器位于CMS探測(cè)器附近，LHCf實(shí)驗(yàn)用到的探測(cè)器則位于ATLAS探測(cè)器附近。待解五大謎團(tuán)牛頓未完成的工作——什么是質(zhì)量？

質(zhì)量的起源是什么？為什么微小粒子擁有質(zhì)量，而其它一些粒子卻沒有這種“待遇”？對(duì)于這些問題，科學(xué)家到現(xiàn)在也沒有找到一個(gè)確切答案。最有可能的解釋似乎可以在希格斯玻色子身上找到。希格斯玻色子是“標(biāo)準(zhǔn)模型”這一粒子物理學(xué)理論中最后一種尚未被發(fā)現(xiàn)的粒子，它的存在是整個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)模型”的基石。早在1964年，蘇格蘭物理學(xué)家P·希格斯(PeterHiggs)便首次預(yù)言存在這種粒子，但迄今為止，科學(xué)家仍未見過它的廬山真面目。

ATLAS和CMS實(shí)驗(yàn)將積極尋找這種難于捉摸的粒子存在跡象。一個(gè)“看不見”的問題——96%的宇宙由什么構(gòu)成？

我們?cè)谟钪嬷锌吹降囊磺小獜男∥浵伒骄薮蟮男窍怠际怯善胀Ｗ訕?gòu)成的。這些粒子被統(tǒng)稱為物質(zhì)，它們構(gòu)成了4%的宇宙。余下的部分據(jù)信由暗物質(zhì)——不發(fā)光的物質(zhì)和暗能量構(gòu)成，它們對(duì)于整個(gè)宇宙的構(gòu)成與運(yùn)行有著極其重要的作用。對(duì)它們進(jìn)行探測(cè)和研究的難度不可想象。研究暗物質(zhì)和暗能量的性質(zhì)是當(dāng)今粒子物理學(xué)和宇宙學(xué)面臨的最大挑戰(zhàn)之一。

ATLAS和CMS實(shí)驗(yàn)將尋找超級(jí)對(duì)稱的粒子，用于驗(yàn)證一種與暗物質(zhì)構(gòu)成有關(guān)的假設(shè)。

大自然的偏好——為什么找不到反物質(zhì)？

我們生活在一個(gè)由物質(zhì)構(gòu)成的世界，宇宙萬(wàn)物——包括我們?nèi)祟愒趦?nèi)都是由物質(zhì)構(gòu)成的。反物質(zhì)就像物質(zhì)的一個(gè)孿生兄弟，但它卻攜帶相反電荷。在宇宙誕生時(shí)，“大爆炸”產(chǎn)生了相同數(shù)量的物質(zhì)和反物質(zhì)。然而，一旦這對(duì)孿生兄弟碰面，它們就會(huì)“同歸于盡”，并最終轉(zhuǎn)換成能量。不知何故，少量物質(zhì)幸存下來，并形成我們現(xiàn)在生活的宇宙，而它的孿生兄弟反物質(zhì)卻幾乎消失得無(wú)影無(wú)蹤。為什么大自然不能一碗水端平，平等對(duì)待這對(duì)孿生兄弟呢？

LHCb實(shí)驗(yàn)將尋找物質(zhì)與反物質(zhì)之間的差異，幫助解釋大自然為何如此偏向。此前的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)觀察到兩者之間的些許不同，但迄今為止的研究發(fā)現(xiàn)還不足以解釋宇宙中的物質(zhì)和暗物質(zhì)為何在數(shù)量上呈現(xiàn)出明顯的不均衡。“大爆炸”的秘密——物質(zhì)在宇宙誕生后的第一秒呈什么狀態(tài)？

構(gòu)成宇宙萬(wàn)物的物質(zhì)據(jù)信來源于一系列密集而熾熱的基本粒子?，F(xiàn)在宇宙中的普通物質(zhì)由原子構(gòu)成，原子擁有一個(gè)由質(zhì)子和中子構(gòu)成的核子，質(zhì)子和中子都是被稱之為“膠子”的其它粒子束縛夸克形成的。這種束縛非常強(qiáng)大，但在最初的宇宙，由于溫度極高加之能量巨大，膠子很難將夸克結(jié)合在一起。也就是說，這種束縛似乎是在“大爆炸”發(fā)生后的最初幾微秒內(nèi)形成的，此時(shí)的宇宙擁有一個(gè)由夸克和膠子構(gòu)成的非常熾熱而密集的混合物，也就是所說的“夸克-膠子等離子體”。

ALICE實(shí)驗(yàn)將利用大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)模擬大爆炸發(fā)生后的原始宇宙形態(tài)，分析夸克-膠子等離子體的性質(zhì)。

隱藏的世界——空間的額外維度真的存在嗎？

根據(jù)愛因斯坦廣義相對(duì)論，人類生存的三維空間加上時(shí)間軸即構(gòu)成所謂四維空間。后來的理論認(rèn)為，可能存在擁有隱藏維度的空間。弦理論便暗示額外的空間維度尚未被人類觀察到，它們似乎會(huì)在高能條件下顯現(xiàn)出來?；谶@種推測(cè)，科學(xué)家將對(duì)所有探測(cè)器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)分析，以尋找額外維度存在跡象。粒子物理學(xué)的“圣杯”——希格斯玻色子自然界中，物體之間千差萬(wàn)別的相互作用，可以簡(jiǎn)單劃分為4種力：即引力、電磁力、維持原子核的強(qiáng)作用力和產(chǎn)生放射衰變的弱作用力。在愛因斯坦的相對(duì)論解決了重力問題后，人們開始嘗試建立一個(gè)統(tǒng)一的模型，以期解釋通過后3種力相互作用的所有粒子。

經(jīng)過長(zhǎng)期研究和探索，科學(xué)家們建立起被稱為“標(biāo)準(zhǔn)模型”的粒子物理學(xué)理論，它把基本粒子（構(gòu)成物質(zhì)的亞原子結(jié)構(gòu)）分成3大類：夸克、輕子與玻色子?！皹?biāo)準(zhǔn)模型”的出現(xiàn)，使得各種粒子如萬(wàn)鳥歸林般擁有了一個(gè)共同的“家園”。但是這一“家園”有個(gè)致命缺陷，那就是該模型無(wú)法解釋物質(zhì)質(zhì)量的來源。為了修補(bǔ)上述理論大廈的缺陷，英國(guó)科學(xué)家P·希格斯提出了希格斯場(chǎng)的存在，并進(jìn)而預(yù)言了希格斯玻色子的存在。假設(shè)出的希格斯玻色子是物質(zhì)的質(zhì)量之源，是電子和夸克等形成質(zhì)量的基礎(chǔ)。其他粒子在希格斯玻色子構(gòu)成的“海洋”中游弋，受其作用而產(chǎn)生慣性，最終才有了質(zhì)量。爾后所有的粒子在除引力外的另3種力的框架中相互作用，統(tǒng)一于“標(biāo)準(zhǔn)模型”之下，構(gòu)筑成大千世界。

“標(biāo)準(zhǔn)模型”預(yù)言了62種基本粒子的存在，這些粒子基本都已被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，而希格斯玻色子是最后一種未被發(fā)現(xiàn)的基本粒子。因此，尋找該粒子，被比喻為尋找粒子物理學(xué)領(lǐng)域的“圣杯”。

安全評(píng)估

大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)產(chǎn)生的能量是其他粒子加速器以前都無(wú)法達(dá)到的，但是自然界中的宇宙光相撞產(chǎn)生了更高的能量。多年來，這種高能粒子相撞產(chǎn)生的能量的安全性問題，一直備受關(guān)注。據(jù)新實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和對(duì)相關(guān)理論的新認(rèn)識(shí)顯示，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)安全評(píng)估團(tuán)(LSAG)已經(jīng)重新校正了該團(tuán)在2003年做出的一份調(diào)查分析。這個(gè)安全評(píng)估團(tuán)由中立派科學(xué)家組成。宇宙射線

跟其他粒子加速器一樣，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)在受控實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中重新再現(xiàn)了宇宙射線的自然現(xiàn)象，這使科學(xué)家能對(duì)宇宙射線進(jìn)行更加詳細(xì)的研究。宇宙射線是外層空間產(chǎn)生的粒子，其中一些粒子通過加速，產(chǎn)生的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的能量。在大約70年的實(shí)驗(yàn)中，宇宙射線傳播到地球大氣層的能量及速度都已經(jīng)被監(jiān)測(cè)到。在過去的數(shù)十億年間，地球上的自然界內(nèi)發(fā)生的粒子撞擊次數(shù)，已經(jīng)相當(dāng)于大約100萬(wàn)次大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)，可是至今地球仍然存在。天文學(xué)家在宇宙中觀測(cè)到大量體積更大的天體，它們都受到宇宙射線轟擊。宇宙的運(yùn)行情況，就如同像大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)一樣的實(shí)驗(yàn)每秒運(yùn)行超過數(shù)百億次。任何危險(xiǎn)結(jié)果的可能性與天文學(xué)家看到的現(xiàn)實(shí)相矛盾，因?yàn)橹两窈阈呛托窍等匀淮嬖?。微型黑?/p>

當(dāng)比我們的太陽(yáng)更大的特定恒星在生命最后階段發(fā)生爆炸時(shí)，自然界就會(huì)形成黑洞。它們將大量物質(zhì)濃縮在非常小的空間內(nèi)。假設(shè)在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)的質(zhì)子相撞產(chǎn)生粒子的過程中，形成了微小黑洞，每個(gè)質(zhì)子擁有的能量可跟一只飛行中的蚊子相當(dāng)。天文學(xué)上的黑洞比大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)能產(chǎn)生的任何東西的質(zhì)量更重。據(jù)愛因斯坦的相對(duì)論描述的重力性質(zhì)，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)不可能產(chǎn)生微小黑洞。然而一些純理論預(yù)言大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)能產(chǎn)生這種粒子產(chǎn)品。所有這些理論都預(yù)測(cè)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的此類粒子會(huì)立刻分解。因此它產(chǎn)生的黑洞將沒時(shí)間濃縮物質(zhì)，產(chǎn)生肉眼可見的結(jié)果。雖然穩(wěn)定的微小黑洞理論站不住腳，但是研究宇宙射線產(chǎn)生的微小黑洞結(jié)果顯示，它們沒有危害。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)發(fā)生的撞擊，與地球等天體和宇宙射線發(fā)生碰撞不同，在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)的碰撞過程中產(chǎn)生的新粒子，一般比宇宙射線產(chǎn)生的粒子的運(yùn)行速度更慢。穩(wěn)定的黑洞不是帶電，就是呈中性。不管是宇宙射線產(chǎn)生的粒子，還是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的粒子，如果它們帶電，它們就能與普通物質(zhì)結(jié)合，這個(gè)過程在粒子穿越地球時(shí)會(huì)停止。地球依然存在的事實(shí)，排除了宇宙射線或大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)可產(chǎn)生帶電且危險(xiǎn)的微小黑洞的可能性。如果穩(wěn)定的微小黑洞不帶電，它們與地球之間的互動(dòng)將非常微弱。宇宙射線產(chǎn)生的那些黑洞可以在不對(duì)地球造成任何危害的情況下穿過它，因此由大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的那些黑洞也可繼續(xù)留在地球上。然而，宇宙中有比地球更大更密集的天體。宇宙射線與中子星或白矮星等天體相撞產(chǎn)生的黑洞可處于休眠狀態(tài)。地球等這種致密體繼續(xù)存在的事實(shí)，排除了大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生任何危險(xiǎn)黑洞的可能性。奇異微子

奇異微子是針對(duì)一種假設(shè)的微小“奇異物質(zhì)”產(chǎn)生的術(shù)語(yǔ)，奇異物質(zhì)包含幾乎與奇異夸克數(shù)量一樣的粒子。根據(jù)理論成分最高的研究顯示，奇異微子在一百萬(wàn)分之一千秒內(nèi)，能轉(zhuǎn)變成普通物質(zhì)。但是奇異微子能否與普通物質(zhì)結(jié)合，變成奇異物質(zhì)？2000年相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)(RHIC)在美國(guó)第一次出現(xiàn)時(shí)，人們提出了這個(gè)問題。當(dāng)時(shí)的一項(xiàng)研究顯示，人們沒有理由關(guān)注這個(gè)問題，現(xiàn)在相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)已經(jīng)運(yùn)行8年，它一直在尋找奇異微子，但是至今仍一無(wú)所獲。有時(shí)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)就像相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)一樣，需要通過重核子束運(yùn)轉(zhuǎn)。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的光束擁有的能量將比相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)的光束擁有的能量更多，但是這種情況使奇異微子形成的可能性更小。就像冰不能在熱水中形成一樣，像這種對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的高溫，很難讓奇異物質(zhì)結(jié)合在一起。另外，夸克在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中比在相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)中更加微弱，這使它很難聚集奇異物質(zhì)。因此在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)產(chǎn)生奇異微子的可能性，比在相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)內(nèi)更小。這個(gè)結(jié)果已經(jīng)證實(shí)奇異微子不會(huì)產(chǎn)生的論點(diǎn)。真空泡沫

曾有推測(cè)認(rèn)為，現(xiàn)在宇宙沒處在它最穩(wěn)定的狀態(tài)，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生的微擾將能讓它進(jìn)入更加穩(wěn)定的狀態(tài)，這種狀態(tài)被稱作真空泡沫，在這種狀態(tài)下人類將不復(fù)存在。如果大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)確實(shí)能做到這些，難道宇宙射線碰撞就無(wú)法達(dá)到這種效果嗎？由于目前在肉眼可見的宇宙中的任何地方都沒產(chǎn)生這種真空泡沫，因此大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將不能產(chǎn)生這種物質(zhì)。

磁單極子

磁單極子是假設(shè)中帶單極性磁荷的粒子，每個(gè)只擁有北極或南極。一些純理論指出，如果它們確實(shí)存在，磁單極子將導(dǎo)致質(zhì)子消失。這些理論還表示，這種磁單極子因?yàn)樘?，根本無(wú)法在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)產(chǎn)生。然而，如果磁單極子的重量足以在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)出現(xiàn)，宇宙射線撞擊地球大氣層早就該產(chǎn)生這種物質(zhì)了，如果它們確實(shí)存在，地球能非常有效地阻止并捕獲它們，現(xiàn)在人們應(yīng)該已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它們。地球和其他天體繼續(xù)存在的事實(shí)，排除了能吞噬質(zhì)子的危險(xiǎn)磁單極子的重量足夠輕，可以在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的可能性。

1.這是無(wú)塵室里的壓縮介子線圈(CMS)跟蹤器外筒(TOB)。壓縮介子線圈是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的兩個(gè)多用途科研儀器之一，它的設(shè)計(jì)目的是揭開“Terascale”的物理學(xué)原理，Terascale是一個(gè)能量區(qū)，物理學(xué)家認(rèn)為他們可通過這個(gè)能量區(qū)找到21世紀(jì)粒子物理學(xué)核心問題的答案。2.組裝ATLAS強(qiáng)子端蓋液體氬熱量計(jì)(ATLASHadronic

endcapLiquidArgonCalorimeter)。ATLAS探測(cè)器包含一系列一個(gè)比一個(gè)