什么是强子对撞？ _强子对撞机的原理是什么

什么是强子对撞？

文章插图
高能物理对撞机可以按照其加速粒子的种类进行分类，强子对撞机是其中一种，它加速的粒子是强子。由夸克组成的粒子称为强子，它包括重子和介子。
介子一般是高能物理过程中的产物，极不稳定，短时间内就会发生衰变，因此不会是对撞机用来加速的粒子。
在重子中，相对稳定的是质子和中子，而中子不带电，无法实现加速过程。也就是说，目前可行的强子对撞机所加速的粒子是质子。当前世界上能量最高的强子对撞机位于瑞士日内瓦，由欧洲核子研究中心建造的大型强子对撞机将投入运行，届时将成为世界上能量最高的强子对撞机，它能使质子－质子在14TeV的质心能下对撞。大型强子对撞机磁体高16米，长、宽均有10多米，重达1920吨。
工程技术人员专门建造了一个巨型吊架，用4根粗钢缆吊住这个磁体，借助液压顶泵将磁体缓慢放入隧道。它长达27公里的环形隧道可被用来加速粒子，使其相撞，创造出与宇宙大爆炸万亿分之一秒时类似的状态。在高能物理实验中，粒子加速器和探测器是常用设备。
探测器用来探测碰撞产生的微小粒子，记录粒子能量、质量等信息。强子对撞机上共有4个对撞点，各装有一个探测器，其中一个为CMS(紧凑型μ介子螺线管)探测器。追寻质量的起源揭秘欧洲大型强子对撞机地球上最大的“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（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。
【什么是强子对撞？】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”（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”（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。”**1：大型强子对撞机数据“之最”自从1980年“大型强子对撞机”的构想首度出现以来，历经近30年，这一“世界上最大的机器”终于从梦想成为现实，即将于今年9月开始投入运行。