睽違兩年,大強子對撞機重開機

作者 | 發布日期 2015 年 04 月 18 日 0:00 | 分類 天文 , 科技教育 , 自然科學 follow us in feedly

歷經兩年升級整修,以及開機前數個月緊鑼密鼓的籌備,歐洲核子研究組織(CERN) 2015 年 4 月 5 日重啟大強子對撞機(Large Hadron Collider, LHC),這次粒子束相撞預計提高將近兩倍的能量, CERN 的研究團隊希望粒子束能撞出更多物理學前衛理論的實證,提供進一步研究的線索。




2013 年 3 月 CERN 宣布探測到希格斯玻色子(Higgs boson),偵測出希格斯玻色子證實希格斯場(Higgs field)存在, 2013 年對希格斯機制作出關鍵貢獻的彼得‧希格斯(Peter Higgs)與佛朗索瓦‧恩格勒(François Englert)共同獲得諾貝爾物理學獎。儘管 CERN 部分實驗結果不符合理論預測,但仍是重大實驗突破,大強子對撞機完成階段性任務,進行設備升級。

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(source:CERN

升級、維護大強子對撞機是艱鉅的任務,工程團隊加固磁鐵間將近 10,000 個電子聯結(electrical interconnection),以及加裝磁鐵防護系統,超導磁鐵運作溫度須維持在 1.9 K ,攝氏 -271.25 度,防護系統改善通風、電子設備在低溫下的效能。升級後的大強子對撞機,粒子束對撞次數增加,粒子束分離的時間從 50 毫微秒(nanosecond)降到 25 毫微秒。

由於 2008 年 9 月大強子對撞機冷卻超導磁鐵的液態氦發生嚴重外漏,兩個超導磁鐵間接觸不良,高電流下熔燬,導致第三段、第四段液態氦外漏,必須停機等待降溫檢修,又恰逢年度預定檢修時程,不得不推遲實驗時程,直到 2009 年 11 月進行對撞實驗;加上大強子對撞機設備造價高昂,實驗安全受到高度重視,研究團隊記取教訓,將逐步提高粒子束的能量,以接近光速的速度推進,最終目標是各粒子束 6.5 TeV,共 13 TeV ,約 2.083*10-6  焦耳,為前次實驗兩倍能量。

CERN 這次要尋找什麼,想必是物理學家、科學愛好者共同關注的問題, CERN 在新聞稿中詼諧地表示希格斯機制(Higgs mechanism)、暗物質(dark matter)、反物質(antimatter)、夸克-焦子電漿(quark-gluon plasma)都在 CERN 的「菜單」上,希望繼 2012 年超導環場探測器(A Toroidal LHC Apparatus, ATLAS)和緊湊渺子線圈(The Compact Muon Solenoid, CMS)偵測出希格斯玻色子後,繼續拓展物理學領域。

2015 年 4 月 9 日 CERN 表示一束粒子束成功以 6.5 TeV 繞行,看來在 2015 年夏天之前完成對撞並非不可能的任務,就讓我們期待 CERN 的好消息。

首圖來源:Image Editor/flickr 

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