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    對撞機能用來做什么

    近日,我國環形正負電子對撞機研究工作組對外發布了概念設計報告,中國科學院高能物理研究所相關負責人表示,環形電子對撞機可以幫助人們進一步了解希格斯粒子性質、宇宙早期演化、反物質丟失、尋找暗物質等一系列未解的關鍵科學問題,并尋找新的物理規律。

    正負電子對撞機是一種粒子加速器,粒子加速器這個東西,其實在我們每家每戶的房間中都有,比如電視和電腦里面。電視和電腦屏幕中的陰性射線管就是一種粒子加速器,陰性射線管從陰極提取中電子,然后對電子加速并改變它們的方向,讓電子撞擊到屏幕,最終在顯示器上產生亮點。這樣的原理,適用于各式各樣的粒子加速器,包括人們所說的電子對撞機,簡言之,粒子加速器的作用就是讓不同粒子撞在一起。

    不同粒子撞在一起會發生什么呢?兩個粒子相撞,不僅運動狀態會改變,還可能會再轉化成其他粒子,人類就是用這個方式打開了原子,發現里面存在的各種奧秘。

    1898年,被后世稱為原子物理學之父的英國物理學家盧瑟福,發現鈾和鈾的化合物所發出的射線有兩種不同類型,一種是極易吸收的,另一種有較強的穿透能力,于是盧瑟福用希臘字母給兩種射線命名,前者叫 α射線,后者叫β射線。1910年,盧瑟福用α粒子轟擊原子發現了原子核,4年后,他又用α粒子轟擊氫原子,結果把電子給打掉了,于是人類發現了質子。再后來,盧瑟福繼續拿α粒子轟擊氮原子,把質子從原子核里打出來,于是氮原子變成了氧原子……

    后世的科學家在研究粒子時,大多也是遵循盧瑟福的路數,就是用粒子不斷轟擊,最終不斷發現新粒子。不過,想把更深層次的粒子轟擊開,就需要更高的速度、更高的能量,對撞機就由此而來,將兩束粒子加速到很高的能量并使之相向碰撞。經過一個世紀的研究,包括粒子對撞和空間探索,人類發現了幾百種微觀粒子,相互作用的類型也不一樣,當然,基本粒子只是少數的十幾種粒子。

    粒子構成了物質世界,研究構成物質和宇宙世界的粒子,已經成為人類物質世界最前沿的科學。從上世紀60年代人類建造各式電子對撞機開始,隨著儀器更新換代,對撞的能量也越來越大,發現也隨之增加,通過對撞機取得的科學成果,許多已經改寫了人類對物質世界的認識。

    目前,世界上最知名的對撞機,是位于法國、瑞士邊境地區的歐洲大型強子對撞機,這臺機器不僅是當時世界上最大的粒子加速器,也是最大的機器。運轉歐洲大型強子對撞機的是歐洲核子研究組織,擁有世界上最大的粒子物理學實驗室,這個實驗室還誕生了一個我們今天都在用的工具:萬維網,就是輸入網址時,前面的3個“W”。

    2012年,歐洲大型強子對撞機發現了對物理學至關重要的“上帝粒子”——希格斯粒子,開啟了粒子物理學研究的新時代。希格斯粒子被稱為基本粒子理論大廈的基石,對其的研究會影響到人類對微觀粒子和宏觀宇宙的認識。

    我國第一座高能加速器是1988年首次對撞成功的北京正負電子對撞機,被稱為世界八大高能加速器之一,今年是這一加速器成功對撞40周年。在過去的40年,北京正負電子對撞機對我國的高能物理研究作出了很大的貢獻。新的環形正負電子對撞機概念設計報告發布,意味著相關加速器、探測器和土木工程基本設計已經完成,未來將關注對撞機的關鍵技術和原型機研發。

    (新媒體責編:wb001)

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