世界最大對(duì)撞機(jī)將制造宇宙最低溫度
名為“Alice”的探測(cè)器是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)圓形隧道周圍4個(gè)巨型探測(cè)器中的一個(gè)。
重1.25公噸的Alice
Atlas是一臺(tái)巨型數(shù)字照相機(jī)，能夠拍攝質(zhì)子間6億次碰撞的照片——大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)有能力讓質(zhì)子在一秒鐘內(nèi)完成6億次碰撞。
安裝Atlas最后部件
據(jù)英國廣播公司報(bào)道，在法國和瑞士邊界下面的隧道修建的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)正在制造一個(gè)宇宙中最冷的地方，它將進(jìn)入把溫度降低到1.9絕對(duì)溫標(biāo)(零下271攝氏度，或零下456華氏度)，目前已經(jīng)進(jìn)入實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最后階段。
這個(gè)目前世界上最大的對(duì)撞機(jī)擁有數(shù)千個(gè)磁體，它能利用液態(tài)氮維持這種寒冷的低溫環(huán)境。這些磁體排列成環(huán)形，沿著巨大的隧道延伸27公里。一旦大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)開始運(yùn)行，兩條粒子束流(通常由高能量加速的質(zhì)子組成)將向下發(fā)射到那些穿過磁體的管子里。然后這些光束將以光速圍繞主環(huán)向相反方向運(yùn)行。
在隧道上的限定點(diǎn)，這些光束將相互交叉，通過激變的能量彼此相互撞擊。科學(xué)家希望在這些碰撞產(chǎn)生的碎片中發(fā)現(xiàn)新粒子，以便進(jìn)一步了解宇宙的自然狀態(tài)和它是如何產(chǎn)生的。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是有史以來制造的最強(qiáng)大的物理實(shí)驗(yàn)儀器，它將重新產(chǎn)生宇宙大爆炸后的自然環(huán)境。到目前為止，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的8個(gè)部分中已經(jīng)有6個(gè)的溫度達(dá)到4.5到1.9絕對(duì)溫標(biāo)之間的溫度，不過在最后幾個(gè)月的某個(gè)階段，這個(gè)對(duì)撞機(jī)的所有部分的溫度都將降低到1.9絕對(duì)溫標(biāo)以下。與之相比，遙遠(yuǎn)外空的溫度大約是2.7絕對(duì)溫標(biāo)(零下270攝氏度或零下454華氏度)。
洛博托·薩伯恩領(lǐng)導(dǎo)了大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的電子元件試運(yùn)行工作，他表示，為了在沒有太大能量的情況下獲得高磁場(chǎng)，這些磁體必須具有“超導(dǎo)性”。一些材料在溫度非常低的環(huán)境下表現(xiàn)出的這種特性，能確保在零電阻和功率損耗非常低的情況下輸送電流。氦在2.2絕對(duì)溫標(biāo)表現(xiàn)出驚人特性，因此成為“超流體”。這種特性讓它能迅速傳導(dǎo)熱量，成為極其有效的制冷劑。薩伯恩解釋說，至今還沒有規(guī)模如此龐大的物理設(shè)備能在如此低的溫度下運(yùn)行。但是這個(gè)電子儀器是一種預(yù)示。
他說：“對(duì)于這個(gè)機(jī)器的試運(yùn)轉(zhuǎn)，我們擁有非常系統(tǒng)的方法，這些方法是通過從模型中獲得經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過非常小心的設(shè)計(jì)產(chǎn)生的。我們的座右銘是：科學(xué)沒有捷徑。改變現(xiàn)在非常寒冷的一個(gè)成分，就像把它從月球上帶回地球。它需要大約3到4周時(shí)間進(jìn)行加熱。然后用1或2周進(jìn)行轉(zhuǎn)變。然后又需要3到6周時(shí)間再次降溫。因此可想而知，我們犯下一個(gè)錯(cuò)誤，就會(huì)白白浪費(fèi)3個(gè)月時(shí)間。”目前大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的兩個(gè)部分沒有達(dá)到要求的低溫，因此實(shí)驗(yàn)無法繼續(xù)進(jìn)行。這些部分內(nèi)控制低溫系統(tǒng)的電子將被轉(zhuǎn)移到一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域能更好地屏蔽粒子，防止它們?cè)谂鲎财陂g從這臺(tái)機(jī)器中射出。
這個(gè)環(huán)中的一個(gè)部分將像大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)運(yùn)行和輸送光束一樣運(yùn)轉(zhuǎn)。通過這種方法，科研組成員能對(duì)軟件和硬件進(jìn)行調(diào)試，并獲得周期運(yùn)行操作的經(jīng)驗(yàn)。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的磁體還必須經(jīng)歷電試驗(yàn)。該機(jī)器的每個(gè)部分大約包含200個(gè)電路。每個(gè)電路可能由154個(gè)磁體或1個(gè)磁體構(gòu)成。研究人員將對(duì)它們進(jìn)行測(cè)試，以確定它們處理非常高的電流(高達(dá)1.2萬安培)的能力。薩伯恩說：“我們給每個(gè)電路供能，確保它能在計(jì)劃的電流范圍內(nèi)正常運(yùn)行。但是首先我們必須檢查它周圍的保護(hù)系統(tǒng)(用來發(fā)現(xiàn)可能會(huì)出現(xiàn)的熄滅現(xiàn)象)是否能按照預(yù)計(jì)結(jié)果運(yùn)行?！币恍┎糠值拇朋w開始加熱時(shí)會(huì)發(fā)生熄滅現(xiàn)象，以便阻止電流通過。工程師已經(jīng)制成了一個(gè)恢復(fù)系統(tǒng)，它能在這些現(xiàn)象對(duì)磁場(chǎng)產(chǎn)生影響，改變環(huán)狀物周圍的粒子方向，并切斷循環(huán)光束前發(fā)現(xiàn)這些熄滅現(xiàn)象。
這臺(tái)機(jī)器的制冷器將再用2周時(shí)間才能完成，目前沒發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重問題。對(duì)這臺(tái)機(jī)器進(jìn)行電流測(cè)試另外需要兩周時(shí)間。在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)第一次“接通”前，質(zhì)子光束將通過一個(gè)被稱作噴射器的粒子加速器達(dá)到高能狀態(tài)。一旦這臺(tái)機(jī)器的溫度降低，操作員將把光束發(fā)射到主環(huán)內(nèi)，迫使它們通過每一個(gè)獨(dú)立部分，直到斷開電路。研究人員利用一個(gè)定時(shí)系統(tǒng)(或稱同步系統(tǒng))，確保每個(gè)部分都能像一個(gè)獨(dú)立機(jī)器一樣運(yùn)行。大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)接通后，它能在5萬億電子伏特的高能下運(yùn)行。冬季它將被關(guān)閉，以便這些磁體能被“訓(xùn)練的”可以在7萬億電子伏特的高能下處理光束。(孝文/新浪科技)
揭秘世界最大機(jī)器
據(jù)國外媒體報(bào)道，歐洲核子研究中心已于7日宣布將于9月10日啟動(dòng)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)，希望借助這臺(tái)世界最大的粒子加速器揭開宇宙起源的奧秘。
大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)不僅是世界最大的粒子加速器，同時(shí)也是世界最大的機(jī)器。這個(gè)27公里長的粒子加速器，位于瑞士、法國邊境地區(qū)的地下100米深的環(huán)形隧道中，隧道全長26.659公里，建設(shè)耗資超過60億美元。目前它即將開始第一次粒子束流試驗(yàn)。歐洲粒子物理研究所(CERN)準(zhǔn)備在8月初首先進(jìn)行一次小型試驗(yàn)，計(jì)劃在9月進(jìn)行一次全軌道試驗(yàn)，年底前正式實(shí)施粒子對(duì)撞試驗(yàn)。開始試驗(yàn)前的最后一個(gè)步驟是，將大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)冷卻到零下271.25攝氏度(零下456.25華氏度)。
下面是從歐洲粒子物理研究所獲得的照片，它們顯示了在過去幾年中建設(shè)這個(gè)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的不同階段以及幾個(gè)比較大的科研儀器，其中一些體積非常龐大，比7層樓還高。(孝文/新浪科技)
