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  • 1 # 量子科學論

    在地球上,我們平時所能看到的一切物質都是由質子、中子、電子組成,還有大量的光子,當然自然界中還包括一些我們無法感知的東西,有正反中微子,大質量暗物質粒子,以及只會在短時間記憶體在的高能粒子。

    在這些粒子中,中微子是質量最輕的粒子,但他不帶電荷,而電子是第二輕的粒子,帶一個負電荷,質量為5.11×10^3(eV/c^2),而質子帶正電荷,質量為9.38×10^8(eV/c^2),其質量約為電子的1836.5倍。其中電子是費米實驗室大型正負電子對撞機(LEP)中所使用的加速粒子,而質子是目前人類所擁有最能量的歐洲核子研究中心大型強子對撞機所使用的加速粒子。

    它們的工作原理是一樣的,都是利用就是為帶電粒子提供一個加速的電場,使帶電粒子獲得速度,然後在帶電粒子經過的範圍提供一個根據其速度可變的磁場,使帶電粒子的加速路徑彎曲成一穩定的圓環。因此只要電場、磁場足夠強,帶電粒子就能獲得足夠的速度。

    一般環形加速器優於直線性加速器,因為帶電粒子可以一次又一次地使用相同的“軌跡”來獲得越來越高的能量,從而使粒子加速到與光速相差不到1公里每秒的速度。這裡有個問題就是,為什麼粒子加速器升級以後,也就是大型強子對撞機使用的是質子,而不是電子?在我們的認識裡,電子質量更輕,應該更容易獲得加速,達到更高得速度。

    而且質子還有一個明顯的缺點,質子不是基本粒子,它是由三個夸克和膠子組成的。當LHC碰撞兩個質子時,碰撞能量不僅會在每個質子的三個夸克之間分散,而且還會在內部的所有膠子之間分散。這樣不僅會讓碰撞的能量不夠集中,而且還會產生大量的“垃圾”也就是所謂的碰撞碎片,因此會讓碰撞點一場的“混亂”,我們想要探測產生的新粒子就是十分困難。

    但是,對於大型正負電子對撞機來說,電子確實質量小容易加速,也是基本粒子,碰撞後在相撞點的能量比較集中,也沒有過多的“碎片”,直覺上應該比質子好。但在物理上電子卻無法達到與質子相同的能量。這是為什麼呢?

    實際上,在大型強子對撞機之前,LEP或大型電子正電子對撞機使用的環形跑道周長也是27公里。但是,後來的大型強子對撞機的能量可以達到13 TeV或13,000,000,000,000電子伏特,LEP卻只能達到114 GeV的能量或114,000,000,000電子伏特。為什麼會有這麼大的差異呢?這不是因為環的大小(相同),也不是因為磁體的強度(可能相同但不會有太大的不同),也不是因為質子電子質量的問題,而是因為當帶電粒子在彎曲的磁場中加速時會發出電磁輻射。

    這種現象被稱為同步加速器輻射,而這種輻射的能量損失與帶電粒子質量的四次方成反比,這意味著當電子的質量比質子小1836倍時,它會以10 ^ 13倍的速度失去能量!而質子損失的能量就相對來說比較慢,在相同情況下,質子就可能達到更高的能量或更高的速度。

    因此在LEP之後的LHC我們就使用了質子作為加速粒子。但透過上文我們也知道質子也有它的缺點。我們有沒有一種介於質子和電子之間的提到粒子呢?

    就是μ子,它和電子是近親,屬性基本相同,什麼自旋、電荷、磁矩都是一樣的,但其質量是電子的206倍,這就彌補了電子質量的不足。而且μ子與質子相比,其是基本粒子可以有效的解決碰撞後能量比較分散的現象。

    但μ子也有自身的缺點,因為μ子屬於不穩定粒子,會在平均2.2微秒衰變為電子和兩個中微子。所以我們一開始就必須讓μ子有一個很快的初始速度被射入環形加速器的加速圓環中。利用相對論的時間膨脹效應減慢它的衰變時間。我們應該能夠將它們加速到99.999%以上以光速使其相撞,並發現關於宇宙的更大秘密。這也是以後大型粒子加速器發展的方向。

  • 2 # 美術家1

    對撞機撞不出最小粒子,最多也就是個閃粒子,所以歐洲對撞機停止執行樂,,,物質最小結構應是能量態,這才符合物質是由能量構成的。宇宙起源於能量,,,奇點來自暗能量,暗能量來自宇宙極寒溫度,宇宙大爆炸後留下一個宇宙坑,這個坑就是黑洞,,,

  • 3 # 李志勇LZY

    我很外行,存認推測,

    微物質構;初核質心;

    外護電子;不研實際;

    去獲真知,場更難求。

  • 4 # 大家都系一米多

    你這個問題問的很業餘。

    正是因為電子小,電子對撞機相對容易建造,人類最早建成的對撞機,就是電子對撞機(中國也建造了一個,價值不菲),而不是質子對撞機。

    質子對撞機,歐洲已建成了一個,用於找“希格斯玻色子”。

    【下面是一篇㝍於2011年的相關文章】:

    據歐洲核子研究中心介紹,當天早上,對撞機將兩束質子流加速到了1.18萬億電子伏特的能級,打破了美國費米國家實驗室加速器2001年創下的0.98萬億電子伏特的紀錄,這使得大型強子對撞機真正成為世界上“最強的機器”。

    對於如頭髮絲一般的粒子(質子屬於粒子的一種)流,物理學家通常測量它們的能量而不是速度,因為這些粒子已經以接近光速的速度執行,而且不能更快了。當一粒質子達到1萬億電子伏特的能級時,它所攜帶的能量相當於一隻飛行中的蚊子;而當一束包含300萬億粒質子的質子流達到7萬億電子伏特的能級時,它就好像一艘航母以每小時20海里(約合37公里)的速度行駛。

    明年上半年,對撞機計劃實現能量高達7萬億電子伏特的兩束質子流對撞,即每束質子流具有3.5萬億電子伏特的能量。

    歐洲核子研究中心負責人霍伊爾稱這項初步成果“讓人不可思議”。“然而,我們將繼續一步一步地前進,而且在2010年我們開始真正的物理研究之前還有很多事情要做。我堅信我們有能力實現這一切。”

    科學家認為,藉助大型強子對撞機發現“希格斯玻色子”還需要數年的時間,一旦成功的話,這一發現將成為物理學史上最重大的事件。“希格斯玻色子”是物理學家們從理論上假定存在的一種基本粒子,被認為是物質的質量之源,目前已成為整個粒子物理學界研究的中心。

    科學家們一直設想,透過在對撞機內實現極高能級的粒子對撞,模擬出與宇宙大爆炸之後最初狀態類似的條件,從而對宇宙起源和各種基本粒子特性展開深入研究。此外,透過相關試驗資料的分析,科學家們還希望驗證霍金的黑洞蒸發理論,並回答一些涉及自然和物質本質的基本問題。

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