- 2012-7-16 13:53:29
- 类型:原创
- 来源:电脑报
- 报纸编辑:黄旭
- 作者:朗朗
撞出来的宇宙大爆炸
据悉,目前宣布的这种新粒子,表现出的特征与理论预期极为接近,但从科学角度还不能100%断定它就是“上帝粒子”。欧洲核子中心将从2013年起把对撞机能量从8TeV提高到14TeV(1TEV为10亿电子伏特),进一步通过实验测量其性质。
虽然科学家们早就预言了希格斯粒子的存在,为什么寻找了快半个世纪才找到它?
这是因为,希格斯粒子的使命,在137亿年前的宇宙大爆炸初始就已经完成了。现在科学家要再次寻获希格斯粒子的踪迹,就只有建造能量强大的对撞机,在里面给两束高能粒子进行加速、对撞,来模拟宇宙开始的时刻,在实验室里重新“复活”希格斯粒子。
然而每1012次的质子对撞,才可能产生一次希格斯粒子。就好比在一大堆沙子中,有一颗是金沙,需要找出来。更麻烦的是,这种粒子一旦产生就转瞬即逝,十亿分之一秒后就会衰变成光子和强子等其他粒子。
实际上,寻找上帝粒子的工作早在上世纪90年代的LEP对撞机上就开始了。LEP(大型正电子对撞机)似乎看到了希格斯的小尾巴,判定“上帝粒子”的质量不会大于114GeV/c2。可惜到了2000年11月, 经过了11年正常运行和3个月延期运行之后,LEP宣布寿终正寝,从此与上帝擦肩而过。
接下来前赴后继的是美国费米实验室的Tevatron对撞机,这一领世界风骚近20年的对撞机也对希格斯进行了大力追捕,也模模糊糊看到了希格斯的娇容,期间发现了新粒子“顶夸克”,也逐渐逼近了希格斯粒子的“活动范围”,可惜这一对撞机正值壮年就被关闭了,被关闭的原因是在能量和亮度两方面都竞争不过欧洲的LHC对撞机。
其实在LHC建造之前,美国人已经开始建造超级超导对撞机SSC,按照设计它将是真正的巨无霸对撞机,其能量比LHC还要高3倍,目标也是寻找上帝粒子。可惜,SSC由于花费惊人(被称为“吞噬金钱的无底洞”)而被美国国会终止了,已经挖好的地洞也被填平。
在欧洲,并没有因此而停顿建造LHC的步伐,欧共体成员国共同出钱如期完成了LHC工程(世界上其他大国包括中国在内,也不同程度地出了钱)。LHC对撞机是人类历史上投资最大的科学研究机器,造价高达100亿美元,这一人类历史上最高能量对撞机的主要目标就是寻找上帝粒子——希格斯。
LHC位于瑞士和法国边境地区地下50-150m米深的隧道中,其建造过程本身就花费了近10年时间,耗资大约47.5亿美元。欧洲核子研究中心为这些实验提供20%的经费,总金额约为每年55亿美元。除此之外,实验所需的巨大计算能力也是耗资巨大的一个方面,其每年所需的经费约为2.86亿美元。此外,每年仅电费消耗就达2350万美元。要维持大型强子对撞机设备的正常运转,每年的预算开支至少要达到10亿美元。将所有这些开支计算在内,那么为了找到希格斯粒子,人们一共为此花费了约132.5亿美元。
大型强子对撞机于2008年9月首次启动,但在长达27公里的地下环形隧道发生爆炸后被迫关闭。2010年2月,大型强子对撞机再次启动,并且不间断运行近两年时间。
在撞击器内那条27公里长的圆形隧道,超导磁铁会把质子和离子,加速至接近光速,然后相撞,在极细微空间爆发十万倍太阳温度的超级高温。这一刻就像宇宙大爆炸之后,释放大量能量和基本粒子,冷却后形成组成物质的质子和中子,希格斯粒子就有可能产生在其中。
大型强子对撞机揭开宇宙起源之谜
然而每1012次的质子对撞,才可能产生一次希格斯粒子。更加困难的是,这种粒子一旦产生就转瞬即逝,在碰撞后10亿分之一秒的时间内衰变,因此要想捕捉到它极不容易,需要进行足够次数的相撞,并进行海量数据分析。
因此,LHC不仅是世界上最大的粒子加速器,而且也是世界上最大的机器,和全球最强大的超级计算机系统——LHC进行的每一个大型试验一年所获得的数据,可以刻满十万张双层DVD。为了对这些数据进行分析,世界各地成千上万名科学家都参与进来,他们所使用的数万台甚至数十万台计算机借助分布式计算网络(网格计算)联合在一起,这也构成了全球最强大的超级计算机系统。
依赖LHC更高能量的加速器和更超级的探测器,CERN终于在多年努力后,成功捕获“上帝粒子”的身影。
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