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開啟強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) 模擬宇宙大爆炸:宇宙大爆炸之前是什么

發(fā)布時(shí)間:2020-02-18 來(lái)源: 歷史回眸 點(diǎn)擊:

     2008年9月10日,科學(xué)家在靠近法國(guó)和瑞士邊境的地下實(shí)驗(yàn)室開啟大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī),由此開始高速粒子對(duì)撞系列實(shí)驗(yàn)。   如果成功,這一系列實(shí)驗(yàn)將模擬宇宙大爆炸發(fā)生時(shí)的狀態(tài),有助人類進(jìn)一步探索宇宙起源之謎。
  
  質(zhì)子束流細(xì)如發(fā)絲
  
  當(dāng)?shù)貢r(shí)間9月10日上午9時(shí)30分左右,隨著一束質(zhì)子束流注入對(duì)撞機(jī),實(shí)驗(yàn)正式啟動(dòng)。負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)的歐洲核子研究中心發(fā)言人葆拉?凱特帕諾說(shuō):“質(zhì)子束流粗細(xì)如同一根頭發(fā)。”
  這臺(tái)對(duì)撞機(jī)是世界最大的粒子加速器,建于瑞士和法國(guó)邊境地區(qū)地下100米深處的環(huán)形隧道中。
 。得腌姾,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目位于日內(nèi)瓦的控制室內(nèi)電腦收到信號(hào),顯示實(shí)驗(yàn)進(jìn)展順利。
  開足馬力的對(duì)撞機(jī)能夠確保數(shù)萬(wàn)億粒子以高速流過(guò)將近27公里長(zhǎng)的地下隧道,最高速度將近每秒鐘30萬(wàn)公里,相當(dāng)于光速的99.99%。以如此高速,質(zhì)子束流每秒可在隧道內(nèi)狂飆11245圈,單束能量達(dá)到7萬(wàn)億電子伏特。
  不過(guò),10日實(shí)驗(yàn)注入對(duì)撞機(jī)的質(zhì)子流運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)較慢,每隔幾公里為一段,在隧道中移動(dòng)。這是為了檢測(cè)所有設(shè)備是否運(yùn)行正常,包括安裝在隧道壁上為數(shù)不少的粒子探測(cè)器。
  實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)近一個(gè)小時(shí)后,兩個(gè)白點(diǎn)在控制室的電腦屏幕上閃爍,顯示質(zhì)子束流已經(jīng)沿隧道環(huán)繞一周。在場(chǎng)科學(xué)家歡呼鼓掌,慶祝第一束質(zhì)子束流成功完成順時(shí)針方向“首航”。
  之后,科學(xué)家將多次重復(fù)粒子加速測(cè)試,不斷提高束流速度,嘗試從順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向反復(fù)實(shí)驗(yàn)。
  “真正的好結(jié)果是,另一束流從另一個(gè)方向過(guò)來(lái),”歐洲核子研究中心首席發(fā)言人詹姆斯?吉利斯說(shuō):“只有當(dāng)兩個(gè)方向各有一支束流過(guò)來(lái),你才知道確實(shí)沒有阻礙,是開始工作的時(shí)候了!
  
  模擬宇宙大爆炸
  
  一切就緒之后,科學(xué)家才著手準(zhǔn)備粒子高速對(duì)撞實(shí)驗(yàn),繼而再現(xiàn)宇宙大爆炸發(fā)生后萬(wàn)億分之一秒內(nèi)的情形。
  著手粒子高速對(duì)撞實(shí)驗(yàn)之前,科學(xué)家會(huì)嘗試從兩個(gè)方向同時(shí)發(fā)射質(zhì)子束流,以較低強(qiáng)度進(jìn)行粒子對(duì)撞。
  裝置于隧道內(nèi)的超導(dǎo)磁鐵負(fù)責(zé)為發(fā)射自兩端的質(zhì)子束流“掌舵”,確保它們能夠在隧道內(nèi)密布粒子探測(cè)器的4個(gè)壓縮室內(nèi)相遇!斑@就好像彼此瞄準(zhǔn)的機(jī)關(guān)槍射出子彈,”物理學(xué)家丹尼爾?丹內(nèi)格瑞解釋說(shuō):“一些子彈會(huì)擦身而過(guò),一些子彈會(huì)撞擊在一起!
  
  現(xiàn)階段尚未確定進(jìn)行粒子高速對(duì)撞實(shí)驗(yàn)的日期。吉利斯說(shuō),實(shí)驗(yàn)初始階段將以較低速度、較小規(guī)模進(jìn)行粒子對(duì)撞!拔覀?cè)谀芰枯^低時(shí)積累經(jīng)驗(yàn),熟悉機(jī)器性能后再進(jìn)行對(duì)撞!
  據(jù)估計(jì),粒子高速對(duì)撞實(shí)驗(yàn)最早有望在今年年底進(jìn)行,最晚則可能在一年以后。屆時(shí),運(yùn)行方向相反的兩束高速質(zhì)子束流將在隧道內(nèi)對(duì)撞,碰撞點(diǎn)將釋放巨大熱量和能量,與宇宙大爆炸發(fā)生時(shí)的情況相仿,只是規(guī)模較小。
  當(dāng)前盛行的宇宙學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為,宇宙起源于大約150億年前一次大爆炸。當(dāng)時(shí)所有物質(zhì)高度密集于硬幣大小的一點(diǎn),因?yàn)闇囟葮O高發(fā)生大爆炸。爆炸發(fā)生后,物質(zhì)向外膨脹形成宇宙,先后誕生星系團(tuán)、星系、銀河系、恒星和太陽(yáng)系,以及包括地球和人類在內(nèi)的一切。
  
  探尋“上帝粒子”
  
  如果最后實(shí)驗(yàn)成功,科學(xué)家將分析撞擊中產(chǎn)生的數(shù)百萬(wàn)粒子,求證希格斯玻色子的存在。
  一旦粒子高速對(duì)撞成功,科學(xué)家將借助粒子檢測(cè)器,在電腦顯示器上觀察撞擊后的粒子如何聚攏在一起、各自散開或就此消融。
  上述條件下,科學(xué)家們有望發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子是否在。在粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的62種基本粒子中,只有希格斯玻色子迄今仍未“顯形”,因此有“上帝粒子”之稱。
  這種粒子44年前據(jù)英國(guó)物理學(xué)家彼得?希格斯猜想提出,據(jù)信是物質(zhì)質(zhì)量之源以及電子和夸克等形成質(zhì)量的基礎(chǔ)。希格斯提出,其他粒子在希格斯玻色子構(gòu)成的“海洋”中游弋,受它的作用產(chǎn)生慣性,最終有了質(zhì)量。如果沒有質(zhì)量,宇宙大爆炸后產(chǎn)生的物質(zhì)無(wú)法形成星云和行星,生命起源更無(wú)從談起。
  
  大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)在今后10到15年內(nèi)將持續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),由此產(chǎn)生的大量粒子數(shù)據(jù)將交由全球各大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室分析。
  這一項(xiàng)目的法國(guó)方面負(fù)責(zé)人羅伯特?艾馬說(shuō):“無(wú)論實(shí)驗(yàn)帶來(lái)什么發(fā)現(xiàn),都將極大豐富人類對(duì)世界起源的認(rèn)識(shí)!
  參與實(shí)驗(yàn)的物理學(xué)家丹內(nèi)格瑞認(rèn)為,實(shí)驗(yàn)的意義在于:“這關(guān)乎探尋人類的知識(shí),關(guān)乎基本物質(zhì)的運(yùn)作方式。”
  
  史上最大實(shí)驗(yàn)
  
  大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目由歐洲核子研究中心發(fā)起,所涉及的人力、物力、財(cái)力和規(guī)?胺Q人類歷史上最大規(guī)模物理實(shí)驗(yàn)。
  大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的研究對(duì)象是微小的粒子,但這臺(tái)機(jī)器本身卻體積龐大,包括埋藏在地下100米深處的將近27公里長(zhǎng)環(huán)形隧道。整個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)耗時(shí)將近20年,耗資數(shù)十億美元。
  來(lái)自80多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的7000多名科學(xué)家參與了大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。中國(guó)在相關(guān)實(shí)驗(yàn)中投資數(shù)千萬(wàn)元人民幣并將參與物理分析。中國(guó)多個(gè)科研機(jī)構(gòu)和多所大學(xué)的研究人員參加了部分實(shí)驗(yàn)。
  實(shí)驗(yàn)開始前,一些人擔(dān)心粒子高速對(duì)撞釋放的巨大能量會(huì)導(dǎo)致“黑洞”產(chǎn)生,吞噬地球。歐洲核子研究中心否認(rèn)有這種可能性。
  這家機(jī)構(gòu)的發(fā)言人吉利斯稱,相關(guān)言論是“胡說(shuō)”。他說(shuō),實(shí)驗(yàn)可能產(chǎn)生的最危險(xiǎn)后果是質(zhì)子束流在全速運(yùn)轉(zhuǎn)情況下失控,但即便如此也只會(huì)對(duì)強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)造成損壞,在隧道上撞出幾個(gè)坑。(9月11日新華網(wǎng))

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