大型强子对撞机.doc

大型强子对撞机大型强子对撞机求助编辑百科名片大型强子对撞机 欧洲大型强子对撞机是现在世界上最大、能量最高的粒子加速器，是一种将质子加速对撞 的高能物理设备，英文名称为 LHC(Large Hadron Collider)大型强子对撞机坐落于日内瓦 附近参与这一项目的研究人员表示，在短短 3 个月的实验过程中，他们已经探测到处于 我们当前对物理学的了解——标准模型核心的所有粒子北京时间 7 月 28 日消息，据国外 媒体报道，参与大型强子对撞机(LHC)项目的科学家表示，他们可能已经“接近”希格斯玻 色子希格斯玻色子也被称之为“上帝粒子”，据信在大爆炸之后宇宙形成过程中扮演重要 角色 目录 设备简介 研究主题 主要计划 LHC 升级计划 分布式计算机化 经费支出 设备建设 相关问题 科学家认为会造出黑洞 工作原理 六大科学实验 大型离子对撞机实验 超环面仪器实验 紧凑渺子线圈实验 LHC 底夸克探测器(LHCb) 全截面弹性散射探测器(TOTEM) LHCf 探测器 创造之最 世界上最大的机器 世界上最快的跑道 太阳系中的最空的空间 银河系中最热的热点但比外太空要冷 有史以来最大最先进的探测器 世界最强大的超级计算机系统 待解谜团 安全评估 宇宙射线 微型黑洞 奇异微子 真空泡沫 磁单极子 报告和评估 模拟宇宙大爆炸 改善人类生活 最新进展情况 设备简介 研究主题 主要计划 LHC 升级计划 分布式计算机化 经费支出 设备建设 相关问题 科学家认为会造出黑洞 工作原理 六大科学实验 大型离子对撞机实验 超环面仪器实验 紧凑渺子线圈实验 LHC 底夸克探测器(LHCb) 全截面弹性散射探测器(TOTEM) LHCf 探测器 创造之最 世界上最大的机器 世界上最快的跑道 太阳系中的最空的空间 银河系中最热的热点但比外太空要冷 有史以来最大最先进的探测器 世界最强大的超级计算机系统 待解谜团 安全评估 宇宙射线 微型黑洞 奇异微子 真空泡沫 磁单极子 报告和评估 模拟宇宙大爆炸 改善人类生活最新进展情况 展开 编辑本段设备简介大型强子对撞器[1][2](Large Hadron Collider，LHC)，是一座位于瑞士日内瓦近郊欧洲 核子研究组织 CERN 的粒子加速器与对撞机，作为国际高能物理学研究之用。

全球定位点： 北纬 46°14′00″，东经 6°03′00″46.233333333333;6.05) LHC 已经建造完成，北京时间 2008 年 9 月 10 日下午 15：30 正式开始运作，成为世界上最大的粒子加速器设施但在 2008 年 9 月 19 日，LHC 第三与第四段之间用来冷却超导磁铁的液态氦发生了严重的泄漏，导 致对撞机暂停运 CERN 的大型强子对撞机 转LHC 是一个国际合作的计划，由 34 国超过两千位物理学家所属的大学与实验室，所 共同出资合作兴建的 LHC 包含了一个圆周为 27 公里的圆形隧道，因当地地形的缘故位于地下 50 至 150 米 之间这是先前大型电子正子加速器(LEP)所使用隧道的再利用隧道本身直径三米，位于 同一平面上，并贯穿瑞士与法国边境，主要的部分大半位于法国虽然隧道本身位于地底 下，尚有许多地面设施如冷却压缩机，通风设备，控制电机设备，还有冷冻槽等等建构于 其上 加速器通道中，主要是放置两个质子束管加速管由超导磁铁所包覆，以液态氦来冷 却管中的质子是以相反的方向，环绕着整个环型加速器运行除此之外，在四个实验碰 撞点附近，另有安装其他的偏向磁铁及聚焦磁铁。

两个对撞加速管中的质子，各具有的能量为 7 TeV (兆兆电子伏特,)，总撞击能量达 14 TeV 之谱每个质子环绕整个储存环的时间为 89 微秒 (microsecond)因为同步加速器 的特性，加速管中的粒子是以粒子团(bunch)的形式，而非连续的粒子流整个储存环将会 有 2800 个粒子团，最短碰撞周期为 25 纳秒(nanosecond)在加速器开始运作的初期，将 会以轨道中放入较少的粒子团的方式运作，碰撞周期为 75 纳秒，再逐步提升到设计目标在粒子入射到主加速环之前，会先经过一系列加速设施，逐级提升能量其中，由两 个直线加速器所构成的质子同步加速器 (PS)将产生 50 MeV 的能量，接着质子同步推进器 (PSB)提升能量到 1.4GeV而质子同步加速环可达到 26 GeV 的能量低能量入射环(LEIR) 为一离子储存与冷却的装置反物质减速器 (AD)可以将 3.57 GeV 的反质子，减速到 2 GeV最后超级质子同步加速器(SPS)可提升质子的能量到 450 GeV 60 余名中国科学家(其中近四十人为台湾科学家)参与强子对撞机实验四个主要实验 均有中国科研单位和高校参与，分别为：中科院高能物理研究所、中国科技大学、山东大 学、南京大学参与 ATLAS 实验；中科院高能物理研究所、北京大学参与 CMS 实验；华中 师范大学参与 ALICE 实验；清华大学参与 LHCb 实验。

在 LHC 加速环的四个碰撞点，分别设有五个侦测器在碰撞点的地穴中其中超环面仪 器 (ATLAS)与紧凑渺子线圈(CMS)是通用型的粒子侦测器其他三个(LHC 底夸克侦测器(LHCb), 大型离子对撞器(ALICE)以及全截面弹性散射侦测器(TOTEM)则是较小型的特殊 目标侦测器 LHC 也可以用来加速对撞重离子，例如 铅(Pb)离子可加速到 1150 TeV 由于 LHC 有着对工程技术上极端的挑战，安全上的确保是极其重要的当 LHC 开始 运作时，磁铁中的总能量高达 100 亿焦耳(GJ)，而粒子束中的总能量也高达 725 百万焦耳 (MJ)只需要 10?7 总粒子能量便可以使超导磁铁脱离超导态，而丢弃全部的加速粒子可相 当于一个小型的爆炸[3] 编辑本段研究主题物理学家希望借由加速器对撞机来帮助他们解答下列的问题： 标准模型中所流行的造成基本粒子质量的希格斯机制是真实的吗？ 真是如此的话，希格斯粒子有多少种，质量又分别是多少呢？ 当重子的质量被更精确的测量时，标准模型是否仍然成立的？ 粒子是否有相对应的超对称(SUSY)粒子存在？ 为何物质与反物质是不对称的？ 有更高维度的空间(Kaluza-Kleintheory,extradimensions)存在吗？ 我们可以见到这启发弦论的现象吗？ 宇宙有 96%的质量是目前天文学上无法观测到的，这些到底是什么？ 为何万有引力比起其他三个基本作用力(电磁力，强作用力，弱作用力)差了这么多个 数量级？ 重离子对撞机 虽然 LHC 的物理实验计划，着重于研究质子对撞后的现象。

然而，短期的如每年一个 月的重离子对撞也在实验计划之中虽然其他较轻的离子对撞实验也是可行的，目前主要 的规划为铅离子的对撞实验 编辑本段主要计划 LHC 升级计划有提议在十年内 LHC 需要作一个硬件性能的提升认为 LHC 需要作基本上硬件的修 改以提 大型强子对撞机 升它的亮度（单位截面碰撞发生的频率） 理想中 LHC 升级的途径将是包含增加粒子束的 流量，以及修改两个需要高亮度的区域：ATLAS 与 CMS 这两个侦测器来配合下一代超 大型强子对撞器的入射能量需增加到 1 TeV，因此前置入射装置也需作一个升级的动作， 特别是在于超级质子同步加速器的部分 分布式计算机化LHC@Home 是一个分布式计算的计划，用来支持 LHC 兴建与校正之用这个计划是使用 BOINC 平台，来模拟粒子如何在加速器隧道中运行有了这项资讯，科学家便可以 决定如何放置磁铁与调整功率，来达到加速轨道运行的稳定安全考量在美国 RHIC 开始 实验之时，同时包含内部的研究者与其他外部的科学家，都有担心类似的实验可能会引发 理论上的一些灾难，甚至摧毁地球或是整个宇宙：创造出一个稳定的黑洞；创造出比一般 物质更稳定的奇异物质(构成假说中的奇异星的物质)吸收掉所有一般物质；创造出磁单极 促成质子衰变造成量子力学真空态的相变到另一个未知的相态。

RHIC 与 CERN 都有进行 了一些研究调查，检视是否有可能产生例如微黑洞，微小的奇异物质(奇异微子)或是磁单 极等危险的事件[8]这份报告认为“我们找不到任何可以证实的危害”例如，除非某个未经 证实的理论是对的，否则是不可能产生出微小黑洞的即使真的有微黑洞产生了，预期会 透过霍金辐射的机制，很快就会蒸发消失，所以会是无害的而认为即使像 LHC 这样高能 量的加速器的安全性，最有力的论点在于一个简单的事实：宇宙射线的能量是比起 LHC 来 要高出非常多数量级的，太阳系星体从形成到现在这么多年下来，都不断地被宇宙射线轰 击既没有产生出微黑洞，微小的奇异物质或是磁单极来，太阳、地球和月球也都没有因 此而被摧毁然而，仍有一些人还是对 LHC 的安全性有疑虑：像是这一个有着许多新的， 未经测试过的实验，是没有办法完全保证说上述的情况不会发生JohnNelson 在伯明翰大 学谈到 RHIC 说“这是非常不可能会有危害的-但是我无法百分之百保证 ”另外在学术界， 对于霍金辐射是否是正确的，也是有一些疑问RHIC 自 2000 年运作到现在，都没有有产 生可以摧毁地球的物质的迹象 编辑本段经费支出LHC 的建造经费最初是 1995 年通过的一笔 26 亿瑞朗，另有一笔两亿一千万元瑞朗的 经费作为实验之用。

然而，经费超支在 2001 年的一次主要审核预期，将需增加四亿八千 万元瑞朗在加速器的建造，与五千万元瑞朗的支出在实验运作上同时，由于 CERN 年度 预算的缩减，LHC 的完工日期由 2005 年延后到 2007 年四月，以使用更多年度预算来支付 其中增加的一亿八千万元瑞朗，在于超导磁铁的制造上另外，尚有在兴建放置 CMS 的 地下洞穴时，遭遇到工程技术上的困难预期的建造总额约为八十亿元美金 编辑本段设备建设在 2005 年 10 月 25 日，因为起重机载货的意外掉落，造成一位技术人员的丧生 2007 年 3 月 27 日，由费米实验室所负责建造，一个用于 LHC 内部的三极低温超导 磁铁（属于聚焦用四极磁铁） ，因为支撑架的设计不良，在压力测试时发生破损虽然没有 造成人员的伤亡，但是却严重影响了 LHC 开始运作的时程费米实验室主任皮耶·奥登 （Pier Oddone）说道：「在这个案例中，我们惊讶地发现到，一个简单的静力平衡被疏忽 了 」这个错误存在原始的设计中，而且经过多年来数次的审核都没有发现 分析发现， 为了缩小支撑架的粗细来达成束流管更佳的绝缘效果，却因此不足以支撑压力测试时，所 施加的外力。

详细的内容可见于费米实验室的对外说明，CERN 也同意其内容修复损坏 的磁铁，并且补强八个同型的磁铁造成了 LHC 预计开始运行的时程，因此延迟到 2007 年 11 月 2008 年 9 月 19 日，LHC 第三与第四段之间用来冷却超导磁铁的液态氦发生了严重的 泄漏，目前据推测是由于联接两个超导磁铁的接点接触不良，在超导高电流的情况下融毁 所造成的依据 CERN 的安全条例，必需将磁铁升回到室温后详细检查才能继续运转，这 将需要三到四周的时间要再冷却回运作温度，也是得经过三四周的时间，如此正好遇上 预定的年度检修时程，因此要开始运作将可能延迟至 2009 年春天 2008 年 10 月 16 日，CERN 发布了关于液态氦泄漏事件的调查分析，证实了先前推测 的为两超导磁铁间接点不良所造成的由于安全条例确实地实行、安全设计皆有正常工作、 并且替换用的零件都有库存，预期明年 6 月重启 编辑本段相关问题大型强子对撞机它是什么？ 它将是世界上最大、能量最高的粒子加速器，是一种将质子加速对撞的高能物理设备， 英文名称为 LHC(Large Had。