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贾蔷的平淡人生

2019-06-10

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近日,我国环形正负电子对撞机研究工作组对外发布了概念设计报告,中国科学院高能物理研究所相关负责人表示,环形电子对撞机可以帮助人们进一步了解希格斯粒子性质、宇宙早期演化、反物质丢失、寻找暗物质等一系列未解的关键科学问题,并寻找新的物理规律。

正负电子对撞机是一种粒子加速器,粒子加速器这个东西,其实在我们每家每户的房间中都有,比如电视和电脑里面。电视和电脑屏幕中的阴性射线管就是一种粒子加速器,阴性射线管从阴极提取中电子,然后对电子加速并改变它们的方向,让电子撞击到屏幕,最终在显示器上产生亮点。

这样的原理,适用于各式各样的粒子加速器,包括人们所说的电子对撞机,简言之,粒子加速器的作用就是让不同粒子撞在一起。不同粒子撞在一起会发生什么呢?两个粒子相撞,不仅运动状态会改变,还可能会再转化成其他粒子,人类就是用这个方式打开了原子,发现里面存在的各种奥秘。1898年,被后世称为原子物理学之父的英国物理学家卢瑟福,发现铀和铀的化合物所发出的射线有两种不同类型,一种是极易吸收的,另一种有较强的穿透能力,于是卢瑟福用希腊字母给两种射线命名,前者叫α射线,后者叫β射线。1910年,卢瑟福用α粒子轰击原子发现了原子核,4年后,他又用α粒子轰击氢原子,结果把电子给打掉了,于是人类发现了质子。

再后来,卢瑟福继续拿α粒子轰击氮原子,把质子从原子核里打出来,于是氮原子变成了氧原子……后世的科学家在研究粒子时,大多也是遵循卢瑟福的路数,就是用粒子不断轰击,最终不断发现新粒子。

不过,想把更深层次的粒子轰击开,就需要更高的速度、更高的能量,对撞机就由此而来,将两束粒子加速到很高的能量并使之相向碰撞。

经过一个世纪的研究,包括粒子对撞和空间探索,人类发现了几百种微观粒子,相互作用的类型也不一样,当然,基本粒子只是少数的十几种粒子。粒子构成了物质世界,研究构成物质和宇宙世界的粒子,已经成为人类物质世界最前沿的科学。从上世纪60年代人类建造各式电子对撞机开始,随着仪器更新换代,对撞的能量也越来越大,发现也随之增加,通过对撞机取得的科学成果,许多已经改写了人类对物质世界的认识。目前,世界上最知名的对撞机,是位于法国、瑞士边境地区的欧洲大型强子对撞机,这台机器不仅是当时世界上最大的粒子加速器,也是最大的机器。运转欧洲大型强子对撞机的是欧洲核子研究组织,拥有世界上最大的粒子物理学实验室,这个实验室还诞生了一个我们今天都在用的工具:万维网,就是输入网址时,前面的3个“W”。2012年,欧洲大型强子对撞机发现了对物理学至关重要的“上帝粒子”——希格斯粒子,开启了粒子物理学研究的新时代。希格斯粒子被称为基本粒子理论大厦的基石,对其的研究会影响到人类对微观粒子和宏观宇宙的认识。我国第一座高能加速器是1988年首次对撞成功的北京正负电子对撞机,被称为世界八大高能加速器之一,今年是这一加速器成功对撞40周年。在过去的40年,北京正负电子对撞机对我国的高能物理研究作出了很大的贡献。新的环形正负电子对撞机概念设计报告发布,意味着相关加速器、探测器和土木工程基本设计已经完成,未来将关注对撞机的关键技术和原型机研发。(舒年)(责编:罗天林(实习生)、熊旭)。