科普 2500研究人员用超级机器探索4个宇宙之谜

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http://www.sina.com.cn 2008年04月04日 11:04 新浪科技


大型强子对撞机(LHC)


粒子相撞

　　据《空间日报》网站4月3日报道，在位于瑞士日内瓦地下100米深的一条周长达27公里的环形隧道内，欧洲核子研究中心(CERN)大型强子对撞机即将揭开神秘面纱，在今年夏天正式启动。作为目前世界上最大的粒子对撞机，大型强子对撞机将被用于揭示诸多宇宙谜团。

　　大型强子对撞机(LHC)是世界上最先进的粒子研究工具，项目耗资80亿美元，历时14年之久，汇集了世界上众多知名物理学家，揭示创世大爆炸以及爆炸之后瞬间宇宙发生的状况。来自37个国家的2500名科学家汇聚集体力量，设计、测试和建造大型强子对撞机的ATLAS粒子探测器。加拿大蒙特利尔大学物理学教授克劳德·勒鲁瓦就是其中之一。


ATLAS粒子探测器

　　ATLAS粒子探测器是大型强子对撞机4个探测器中最大的一个，长46米，高25米，重7000吨，相当于三个足球场大小。勒鲁瓦教授负责实施辐射和射线研究，确保ATLAS粒子探测器正常运转。在不懈努力下，他成功开发出MPX，这是一种安装在大型强子对撞机和ATLAS粒子探测器上的小型装置，使用硅条探测器对ATLAS粒子探测器周身和内部光谱特性和辐射构成进行实时检测。MPX装置是世界上首个用于捕捉ATLAS粒子探测器内部及中子和光子等周围环境图像的仪器。

　　勒鲁瓦教授还参与了多项物理研究，旨在生成重轻子，激活轻子、夸克和超对称性，特别是针对带有超对称性质的中性重粒子(neutralino)作为暗物质候选人的研究。勒鲁瓦教授的实验对保证ATLAS粒子探测器在大型强子对撞机核心内的生存能力至关重要。实际上，在大型强子对撞机正式启动之前，这台超级机器的3.8吨设备必须冷却至零下456华氏度，以便令磁体在超导状态下工作。

　　但是，需要给磁体加入液态氦才能实现这一目标。ATLAS粒子探测器的部分量热计就使用冷却至零下312华氏度的液态氩。勒鲁瓦教授说：“大型强子对撞机和ATLAS粒子探测器工作所产生的辐射场比核反应堆还强烈，所以，其设计汇集各方面物理学要素就显得至关重要。”

　　大型强子对撞机试图让两束粒子以接近于光速的速度碰撞，产生类似于创世大爆炸的条件和环境。许多科学家认为宇宙诞生于创世大爆炸。据估计，截至目前，科学家只对宇宙中4%的物质有所了解，而大型强子对撞机2008年夏天投入使用后，将有助于揭开以下四大物宇宙之谜：

　　——剩余96%的宇宙空间是由什么物质构成的？

　　——粒子为何有质量？

　　——大自然为何对物质的偏爱程度超过反物质？

　　——地球维(Earth's dimension)之外还有什么？(杨孝文)

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偶然看到新闻说，类似机器有可能毁灭地球？？




图片说明：大型强子对撞机部件
（图片来源：Valerio Mezzanotti）
地球上最大的“粒子粉碎机”一路走来可谓多灾多难，现在又遇到了麻烦。两位美国公民日前对欧洲大型强子对撞机（Large Hadron Collider，LHC）计划提出了诉讼，要求推迟这一“粒子粉碎机”开动的时间。他们声称，LHC可能产生危险的粒子或者微型黑洞，从而毁灭整个地球。
建造在瑞士欧洲粒子物理中心（CERN）的LHC眼看就要完工了，科学家希望它能在今年7月中旬开始运行。然而，3月21日，居住在夏威夷的Luis Sancho和Walter Wagner针对CERN和美国一些科研机构，向美国联邦地方法院提出了诉讼，要求在安全性得到证实之前，不启动LHC对撞计划。他们点名的美国科研机构包括能源部、国家自然科学基金会和芝加哥附近的费米实验室。
美国能源部和费米实验室不会对此发表评论，它们坚持认为这是一项应由司法部处理的法律案件。而CERN的一位发言人James Gillies则表示，这项诉讼要求是“彻底的胡说”。“LHC将在今年启动，并创造出各种关于宇宙的激动人心的新物理学认识。”他补充道，“从现在开始一年之后，世界还在那里。”
LHC将把质子加速到具有巨大的能量并进行对撞“粉碎”，从而模拟大爆炸后不足十亿分之一秒的情况。物理学家希望借此来解开长期以来的重大和基本难题，比如粒子为何存在质量（即验证希格斯玻色子）、空间是否隐藏着额外的维度等等。
然而，Sancho和Wagner的诉讼提出了一些理论假想——LHC可能制造出吞没地球粒子，比如“杀手奇异子”（killer strangelets，一种包含非通常夸克的假想粒子物质）。如果一种奇异子十分稳定并且带有负电，那它们就有可能“吃”普通物质的核子，并将其转变为奇怪的物质。最终，一系列危险的连锁反应会毁灭整个地球和每一个人。
实际上，2003年关于LHC安全性的评审报告（点击查看）就认为，“它没有导致任何可能的威胁出现的基础”。尽管该报告承认，该加速器有微小几率能创造出短暂的迷你黑洞或者磁单极子，从而破坏普通原子的质子，但它得出结论认为，任何一种假想的情况都不会导致灾难。而一个更新版本的安全评估报告很快也会发布，此外，物理学家还打算在4月6日CERN的一个招待会上讨论安全性问题。
事实上，在美国Brookhaven国家实验室当年兴建“相对论重离子对撞机”（Relativistic Heavy Ion Collider，RHIC）时，Wagner就提出过类似的利害关系。Gillies说，“RHIC于2000年就开始运行了，我们现在还不是好好的。”此外，他补充道，比LHC高得多的能量碰撞在自然界也频繁发生，宇宙射线粒子能以接近光速穿过银河系周围。月球已经经历了50亿年的这种碰撞影响，也没有被哪个贪婪的黑洞或者杀手奇异子毁灭。
然而，Sancho和Wagner认为，CERN的安全性评审“马马虎虎”，低估了潜在风险，而且上述的宇宙射线辩解也是误导性的。他们在诉讼文件中称，“被告不经意间将创造出一种危险的物质形式……或者不安全的物理学环境状态，这种影响在范围上可能同是局部和国家层面的，并且波及每一个人。这是毫无疑问的。”
一项未经证实的报道称，一位地方法官已经被指派去处理这项案件，6月16日将召开首次听证会。Wagner也打算将向联邦政府提供法庭材料。
Gillies说，“我们想要做的就是让该机器运行起来，我们要让人们看到，世界不会消失。”